DE112019000997T5

DE112019000997T5 - System und Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112019000997T5
Application number: DE112019000997.4T
Authority: DE
Inventors: Masanori Aizawa; Kenjiro Shimada
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-11-05
Also published as: CN111771031A; JP7204366B2; JP2020020155A; US20210010237A1; WO2020026507A1; CN111771031B; US11795658B2

Abstract

Eine Steuereinrichtung erfasst von einer Erfassungsvorrichtung Betriebsdaten, die für den Betrieb eines Förderfahrzeugs kennzeichnend sind. Die Steuereinrichtung veranlasst einen Drehkörper, sich zu einer vorbestimmten Entladeposition hin zu drehen. Die Steuereinrichtung bestimmt auf der Grundlage der Betriebsdaten, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist. Die Steuereinrichtung veranlasst das Arbeitsgerät, an der Entladeposition in Bereitschaft zu warten, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug in Betrieb ist. Die Steuereinrichtung steuert die Arbeitsmaschine zum Entladen von Materialien an der Entladeposition, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine.
STAND DER TECHNIK
Es gibt Arbeiten, bei denen Materialien, wie etwa Erde und dergleichen, mit einer Arbeitsmaschine, wie etwa einem Hydraulikbagger, ausgegraben und auf ein Förderfahrzeug, wie etwa einen Muldenkipper, geladen werden. Das Förderfahrzeug wird an einer vorbestimmten Ladeposition mit den Materialien beladen. Das Förderfahrzeug fährt zu einer vorbestimmten Abladeposition und lädt die Materialien an der Abladeposition ab. Das Förderfahrzeug kehrt dann zur Ladeposition zurück, und die Materialien werden erneut von der Arbeitsmaschine auf das Förderfahrzeug geladen.
Herkömmlich ist eine Technik zur Durchführung der vorstehend genannten Ladearbeit durch die Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung bekannt. Zum Beispiel gibt das Patentdokument 1 an, dass die Grabungsposition und die Entladeposition zuvor von einer Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine gelernt werden. Die Steuereinrichtung steuert die Arbeitsmaschine, um das Graben an der Grabungsposition durchzuführen, die Arbeitsmaschine zu veranlassen, von der Grabungsposition in die Entladeposition zu drehen und das Material an der Entladeposition abzuladen.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Offengelegtes japanisches Patent Nr. 2000-192514
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Nach der vorstehenden Technik kann die Ladearbeit von der Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung durchgeführt werden. Die Ladearbeit wird jedoch nicht nur von der Arbeitsmaschine, sondern auch in Zusammenarbeit mit dem Förderfahrzeug durchgeführt. Daher ist es wichtig, die Arbeit unter geeigneter Koordination zwischen der Arbeitsmaschine und dem Förderfahrzeug durchzuführen, um die Ladearbeit effizient durchführen zu können.
Ein Aufgabe dieser Erfindung ist die Durchführung von Ladearbeiten durch die Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung und die geeignete Koordination der Arbeitsmaschine und des Förderfahrzeugs.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein System nach einem ersten Aspekt ist ein System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt. Die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät und einen Drehkörper. Das Arbeitsgerät ist an dem Drehkörper angebracht. Das System umfasst eine Erfassungsvorrichtung und eine Steuereinrichtung. Die Erfassungsvorrichtung erfasst einen Betrieb des Förderfahrzeugs. Die Steuereinrichtung steuert die Arbeitsmaschine. Die Steuereinrichtung erfasst von der Erfassungsvorrichtung Betriebsdaten, die für den Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnen sind. Die Steuereinrichtung veranlasst den Drehkörper, sich zu einer vorbestimmten Entladeposition hin zu drehen. Die Steuereinrichtung bestimmt auf der Grundlage der Betriebsdaten, ob das Förderfahrzeug an der vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist. Die Steuereinrichtung veranlasst, dass das Arbeitsgerät an der Entladeposition in Bereitschaft wartet, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug in Betrieb ist. Die Steuereinrichtung steuert die Arbeitsmaschine, um Materialien an der Entladeposition zu entladen, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist
Ein System nach einem zweiten Aspekt ist ein System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt. Die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät, einen Drehkörper und einen Topographiesensor. Das Arbeitsgerät ist an dem Drehkörper angebracht. Das System umfasst eine Erfassungsvorrichtung und eine Steuereinrichtung. Die Erfassungsvorrichtung erfasst einen Betrieb des Förderfahrzeugs. Die Steuereinrichtung steuert die Arbeitsmaschine. Der Topographiesensor misst eine Topographie in einer Peripherie der Arbeitsmaschine. Die Steuereinrichtung erfasst Topographiedaten, die für eine vom Topographiesensor gemessene Topographie kennzeichnend sind. Die Steuereinrichtung bestimmt auf der Grundlage der vom Topographiesensor gemessenen Topographie eine Grabungsstartposition. Die Steuereinrichtung erwirbt von der Erfassungsvorrichtung Betriebsdaten, die für einen Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind. Die Steuereinrichtung veranlasst den Drehkörper, sich zu der Grabungsstartposition hin zu drehen, wenn eine Annäherung des Förderfahrzeugs erfasst wird. Die Steuereinrichtung steuert das Arbeitsgerät, um das Graben an der Grabungsstartposition durchzuführen. Die Steuereinrichtung bestimmt auf der Grundlage der Betriebsdaten, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist. Die Steuereinrichtung steuert das Arbeitsgerät, um Materialien zu entladen, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.
Ein Verfahren nach einem dritten Aspekt ist ein Verfahren, das von einer Steuereinrichtung ausgeführt wird, um eine Arbeitsmaschine zu steuern, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt. Die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät und einen Drehkörper. Das Arbeitsgerät ist an dem Drehkörper angebracht. Das Verfahren umfasst die folgenden Prozesse. Ein erster Prozess besteht darin, Betriebsdaten zu erfassen, die für einen Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind. Ein zweiter Prozess besteht darin, den Drehkörper zu veranlassen, sich zu einer vorbestimmten Entladeposition hin zu drehen. Ein dritter Prozess besteht darin, auf der Grundlage der Betriebsdaten zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist. Ein vierter Prozess besteht darin, zu veranlassen, dass das Arbeitsgerät an der Entladeposition in Bereitschaft wartet, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug in Betrieb ist. Ein fünfter Prozess besteht darin, die Arbeitsmaschine zu steuern, um Materialien an der Entladeposition zu entladen, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.
Verfahren nach einem vierten Aspekt ist ein Verfahren, das von einer Steuereinrichtung ausgeführt wird, um eine Arbeitsmaschine zu steuern, die Materialien auf ein Förderfahrzeug zu laden. Die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät und einen Drehkörper. Ein Arbeitsgerät ist an dem Drehkörper angebracht. Das Verfahren umfasst die folgenden Prozesse. Ein erster Prozess besteht darin, Topographiedaten zu erfassen, die für eine Topographie in einer Peripherie der Arbeitsmaschine kennzeichnend sind. Ein zweiter Prozess besteht darin, eine Grabungsstartposition auf der Grundlage der Topographie zu bestimmen. Ein dritter Prozess besteht darin, Betriebsdaten zu erfassen, die für einen Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind. Ein vierter Prozess besteht darin, den Drehkörper zu veranlassen, sich zu der Grabungsstartposition hin zu drehen, wenn eine Annäherung des Förderfahrzeugs erfasst wird. Ein fünfter Prozess besteht darin, das Arbeitsgerät zu steuern, um das Graben an der Grabungsstartposition durchzuführen. Ein sechster Prozess besteht darin, auf der Grundlage der Betriebsdaten zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist. Ein siebter Prozess besteht darin, die Arbeitsmaschine zu steuern, Materialien zu entladen, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Betrieb des Förderfahrzeugs erfasst, und wenn das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist, ist es möglich, die Arbeitsmaschine zum Entladen von Materialien zu veranlassen. Daher kann die Arbeit durch eine geeignete Koordination der Arbeitsmaschine und des Förderfahrzeugs durchgeführt werden. Folglich wird die Ladearbeit durch die Arbeitsmaschine mit der automatischen Steuerung durchgeführt und die Arbeitseffizienz kann verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Baustelle darstellt, an der eine Arbeitsmaschine eingesetzt wird.
2 ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Arbeitsmaschine darstellt.
4 ist eine Seitenansicht eines Förderfahrzeugs.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Förderfahrzeugs darstellt.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozesse im Bereitschaftsmodus darstellt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozesse in einem Lademodus darstellt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozesse im Lademodus darstellt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das Prozesse im Lademodus darstellt.
10 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während eines automatischen Steuermodus darstellt.
11 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus darstellt.
12 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus darstellt.
13 eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus darstellt.
14 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus darstellt.
15 ist eine Draufsicht, die die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus schematisch darstellt.
16 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus darstellt.
17 ist eine Draufsicht, die die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus schematisch darstellt.
18 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus darstellt.
19 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein von einer ersten Kamera oder einer zweiten Kamera aufgenommenes Bild darstellt.
20 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein von der ersten Kamera aufgenommenes Bild darstellt.
21 ist ein Diagramm, das den Umfang der Materialien darstellt, die von der Arbeitsmaschine an der aktuellen Position ausgegraben werden können.
22 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt durch die aktuelle Topographie und einen Grabungspfad zeigt.
23 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein von der ersten Kamera aufgenommenes Bild zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Steuersystem einer Arbeitsmaschine 1 nach einer Ausführungsform wird nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Baustelle darstellt, auf der die Arbeitsmaschine 1 eingesetzt wird. Die Arbeitsmaschine 1 und ein Förderfahrzeug 2 werden auf der Baustelle aufgestellt. Die Arbeitsmaschine 1 führt die Arbeit in Zusammenarbeit mit dem Förderfahrzeug 2 mit automatischer Steuerung durch.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine 1 ein Hydraulikbagger. Das Förderfahrzeug 2 ist ein Muldenkipper. Die Arbeitsmaschine 1 wird neben einer vorbestimmten Grabungsposition L1 auf der Baustelle aufgestellt. Das Förderfahrzeug 2 fährt zwischen einer vorbestimmten Ladeposition L2 und einer vorbestimmten Abladeposition L3 auf der Baustelle hin und her. Die Arbeitsmaschine 1 gräbt die Grabungsposition L1 mit automatischer Steuerung aus und lädt Materialien, wie z. B. Erde und dergleichen, als zu grabendes Ziel auf das Förderfahrzeug 2, das an der Ladeposition L2 gestoppt ist. Das mit den Materialien beladene Förderfahrzeug 2 fährt zur Abladeposition L3 und lädt die Materialien an der Abladeposition L3 ab. Eine weitere Arbeitsmaschine 3, z. B. eine Planierraupe, ist an der Abladeposition L3 angeordnet und verteilt die an der Abladeposition L3 abgeladenen Materialien. Das Förderfahrzeug 2, das die Materialien abgeladen hat, fährt zur Ladeposition L2 und die Arbeitsmaschine 1 lädt die Materialien wieder auf das Förderfahrzeug 2, das an der Ladeposition L2 gestoppt ist. Die Materialien der Grabungsposition L1 werden durch Wiederholung der vorstehend genannten Arbeiten zur Abladeposition L3 transportiert.
2 ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine 1. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Arbeitsmaschine 1 einen Fahrzeugkörper 11 und ein Arbeitsgerät 12. Der Fahrzeugkörper 11 umfasst einen Drehkörper 13 und einen Fahrkörper 14. Der Drehkörper 13 ist drehbar mit dem Fahrkörper 14 verbunden. Auf dem Drehkörper 13 ist eine Kabine 15 angeordnet. Die Kabine 15 kann jedoch weggelassen werden. Der Fahrkörper 14 umfasst Raupenketten 16. Die Raupenketten 16 werden durch die Antriebskraft eines nachstehend beschriebenen Motors 24 angetrieben, wodurch die Arbeitsmaschine 1 fährt.
Das Arbeitsgerät 12 ist am vorderen Teil des Fahrzeugkörpers 11 angebracht. Das Arbeitsgerät 12 umfasst einen Ausleger 17, einen Arm 18 und einen Löffel 19. Der Ausleger 17 ist am Drehkörper 13 angebracht, um eine Bewegung in Auf- und Abwärtsrichtung zu ermöglichen. Der Arm 18 ist beweglich am Ausleger 17 angebracht. Der Löffel 19 ist beweglich am Arm 18 angebracht. Das Arbeitsgerät 12 umfasst einen Auslegerzylinder 21, einen Armzylinder 22 und einen Löffelzylinder 23. Der Auslegerzylinder 21, der Armzylinder 22 und der Löffelzylinder 23 sind Hydraulikzylinder und werden durch Hydraulikflüssigkeit von einer später beschriebenen Hydraulikpumpe 25 angetrieben. Der Auslegerzylinder 21 betätigt den Ausleger 17. Der Armzylinder 22 betätigt den Arm 18. Der Löffelzylinder 23 betätigt den Löffel 19.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Steuersystems der Arbeitsmaschine 1 darstellt. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Arbeitsmaschine 1 einen Motor 24, eine Hydraulikpumpe 25, eine Leistungsübertragungsvorrichtung 26 und eine Steuereinrichtung 27.
Der Motor 24 wird durch Befehlssignale von der Steuereinrichtung 27 gesteuert. Die Hydraulikpumpe 25 wird vom Motor 24 angetrieben, um Hydraulikflüssigkeit abzugeben. Die von der Hydraulikpumpe 25 abgegebene Hydraulikflüssigkeit wird dem Auslegerzylinder 21, dem Armzylinder 22 und dem Löffelzylinder 23 zugeführt.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst einen Drehmotor 28. Der Drehmotor 28 ist ein Hydraulikmotor und wird durch Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe 25 angetrieben. Der Drehmotor 28 dreht den Drehkörper 13. Während in 2 nur eine Hydraulikpumpe 25 dargestellt ist, können mehrere Hydraulikpumpen vorgesehen werden.
Eine Pumpensteuervorrichtung 29 ist mit der Hydraulikpumpe 25 verbunden. Die Hydraulikpumpe 25 ist eine Verstellpumpe. Die Pumpensteuervorrichtung 29 steuert den Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 25. Die Pumpensteuervorrichtung 29 umfasst z. B. ein elektromagnetisches Ventil und wird durch Befehlssignale von der Steuereinrichtung 27 gesteuert. Die Steuereinrichtung 27 steuert die Verdrängung der Hydraulikpumpe 25, indem es die Pumpensteuervorrichtung 29 steuert.
Die Hydraulikpumpe 25, die Zylinder 21 bis 23 und der Drehmotor 28 sind mittels eines Hydraulikkreislaufs über ein Steuerventil 31 miteinander verbunden. Das Steuerventil 31 wird durch Befehlssignale von der Steuereinrichtung 27 gesteuert. Das Steuerventil 31 steuert die Durchflussrate der Hydraulikflüssigkeit, die von der Hydraulikpumpe 25 den Zylindern 21 bis 23 und dem Drehmotor 28 zugeführt wird. Die Steuereinrichtung 27 steuert den Betrieb des Arbeitsgeräts 12 durch Steuerung des Steuerventils 31. Die Steuereinrichtung 27 steuert auch die Drehung des Drehkörpers 13 durch Steuerung des Steuerventils 31.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 überträgt die Antriebskraft vom Motor 24 auf den Fahrkörper 14. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 kann z. B. ein Drehmomentwandler oder ein Getriebe mit mehreren Getriebegängen sein. Alternativ kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 eine andere Art von Getriebe, wie z. B. ein hydrostatisches Getriebe (HST) oder ein hydraulisch-mechanisches Getriebe (HMT), sein.
Die Steuereinrichtung 27 ist programmiert, um die Arbeitsmaschine 1 auf der Grundlage der erfassten Daten zu steuern. Die Steuereinrichtung 27 veranlasst die Arbeitsmaschine 1 durch Steuerung des Motors 24, des Fahrkörpers 14 und der Leistungsübertragungsvorrichtung 26 zu fahren. Die Steuereinrichtung 27 veranlasst das Arbeitsgerät 12 zu arbeiten, indem es den Motor 24, die Hydraulikpumpe 25 und das Steuerventil 31 steuert.
Die Steuereinrichtung 27 umfasst einen Prozessor 271, wie z. B. eine CPU oder eine GPU, und eine Speichervorrichtung 272. Der Prozessor 271 führt die Verarbeitung für die automatische Steuerung der Arbeitsmaschine 1 durch. Die Speichervorrichtung 272 umfasst einen Speicher, wie z. B. ein RAM oder ein ROM, und eine Zusatzspeichervorrichtung, wie z. B. ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Festkörperlaufwerk (SSD). Die Speichervorrichtung 272 speichert Daten und Programme für die automatische Steuerung der Arbeitsmaschine 1.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst Lastsensoren 32a bis 32c. Die Lastsensoren 32a bis 32c erfassen eine auf das Arbeitsgerät 12 ausgeübte Last und geben Lastdaten aus, die für die Last kennzeichnend sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Lastsensoren 32a bis 32c Hydraulikdrucksensoren und erfassen jeweils die Hydraulikdrücke der Zylinder 21 bis 23. Die Lastdaten geben die Hydraulikdrücke der Zylinder 21 bis 23 an. Die Steuereinrichtung 27 steht drahtgebunden oder drahtlos in Kommunikationsverbindung mit den Lastsensoren 32a bis 32c. Die Steuereinrichtung 27 empfängt die Lastdaten von den Lastsensoren 32a bis 32c.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst einen Positionssensor 33, die Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c und einen Drehwinkelsensor 39. Der Positionssensor 33 erfasst die Position der Arbeitsmaschine 1 und gibt Positionsdaten aus, die für die Position der Arbeitsmaschine 1 kennzeichnend sind. Der Positionssensor 33 umfasst einen GNSS-Empfänger (Global Navigation Satellite System) und eine Trägheitsmesseinheit (IMU). Der GNSS-Empfänger ist z. B. ein Empfänger für ein globales Positionierungssystem (GPS). Die Positionsdaten enthalten Daten, die die Position der Arbeitsmaschine 1 anzeigen und vom GNSS-Empfänger ausgegeben werden, sowie Daten, die die Stellung des Fahrzeugkörpers 11 anzeigen und von der IMU ausgegeben werden. Die Stellung des Fahrzeugkörpers 11 umfasst einen Winkel (Neigungswinkel) in Bezug auf die Horizontale in der Längsrichtung der Arbeitsmaschine 1 und einen Winkel (Rollwinkel) in Bezug auf die Horizontale in seitlicher Richtung der Arbeitsmaschine 1.
Die Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c erfassen die Stellung des Arbeitsgeräts 12 und geben Stellungsdaten aus, die die Stellung des Arbeitsgeräts 12 anzeigen. Die Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c sind z. B. Hubsensoren, die die Hubbeträge der Zylinder 21 bis 23 erfassen. Die Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 enthalten die Hubbeträge der Zylinder 21 bis 23. Alternativ können die Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c auch andere Sensoren sein, z. B. Sensoren, die die Drehwinkel des Auslegers 17, des Arms 18 bzw. des Löffels 19 erfassen. Der Drehwinkelsensor 39 erfasst den Drehwinkel des Drehkörpers 13 in Bezug auf den Fahrkörper 14 und gibt Drehwinkeldaten aus, die für den Drehwinkel kennzeichnend sind.
Die Steuereinrichtung 27 steht drahtgebunden oder drahtlos in Kommunikationsverbindung mit dem Positionssensor 33, den Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c und dem Drehwinkelsensor 39. Die Steuereinrichtung 27 empfängt die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1, die Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und die Drehwinkeldaten vom Positionssensor 33, den Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c bzw. dem Drehwinkelsensor 39. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die Schneidenspitzenposition des Löffels 19 aus den Positionsdaten, den Stellungsdaten und den Drehwinkeldaten. Beispielsweise geben die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1 die globalen Koordinaten des Positionssensors 33 an. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die globalen Koordinaten der Schneidenspitzenposition des Löffels 19 aus den globalen Koordinaten des Positionssensors 33 auf der Grundlage der Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und der Drehwinkeldaten.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst einen Topographiesensor 35. Der Topographiesensor 35 misst eine Topographie in einer Peripherie der Arbeitsmaschine 1 und gibt Topographiedaten aus, die für die vom Topographiesensor 35 gemessene Topographie kennzeichnend sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Topographiesensor 35 an einem Seitenteil des Drehkörpers 13 angebracht. Der Topographiesensor 35 misst die Topographie, die sich seitlich des Drehkörpers 13 befindet. Der Topographiesensor 35 ist z. B. eine (LIDAR)-Vorrichtung (Laser Imaging Detection and Ranging). Die LIDAR-Vorrichtung misst die Abstände zu mehreren Messpunkten auf der Topographie, indem sie einen Laserstrahl ausstrahlt und sein reflektiertes Licht misst. Die Topographiedaten geben die Positionen der Messpunkte in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 an.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst eine erste Kamera 36 und mehrere zweite Kameras 37. Die erste Kamera 36 zeigt vom Drehkörper 13 nach vorne und ist am Drehkörper 13 angebracht. Die erste Kamera 36 nimmt in Richtung der Vorderseite des Drehkörpers 13 auf. Die erste Kamera 36 ist eine Stereokamera. Die erste Kamera 36 gibt erste Bilddaten aus, die für aufgenommene bewegte Bilder kennzeichnend sind.
Die mehreren zweiten Kameras 37 sind an dem Drehkörper 13 angebracht und vom Drehkörper 13 aus nach links, rechts und hinten gerichtet. Die zweiten Kameras 37 geben zweite Bilddaten aus, die für aufgenommene bewegte Bilder kennzeichnend sind. Bei den zweiten Kameras 37 kann es sich um Kameras mit einer einzigen Linse handeln. Alternativ dazu können die zweiten Kameras 37 auch Stereokameras sein, in der gleichen Weise wie die erste Kamera 36. Die Steuereinrichtung 27 steht drahtgebunden oder drahtlos in Kommunikationsverbindung mit der ersten Kamera 36 und den zweiten Kameras 37. Die Steuereinrichtung 27 empfängt die ersten Bilddaten von der ersten Kamera 36. Die Steuereinrichtung 27 empfängt die zweiten Bilddaten von den zweiten Kameras 37.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst eine Kommunikationsvorrichtung 38. Die Kommunikationsvorrichtung 38 führt die Datenkommunikation mit einer Vorrichtung außerhalb der Arbeitsmaschine 1 durch. Die Kommunikationsvorrichtung 38 führt eine Datenkommunikation mit einem entfernten Computerapparat 4 außerhalb der Arbeitsmaschine 1 durch. Der entfernte Computerapparat 4 kann an der Baustelle angeordnet werden. Alternativ dazu kann der entfernte Computerapparat 4 in einem von der Baustelle entfernten Verwaltungszentrum untergebracht werden. Der entfernte Computerapparat 4 umfasst einen Bildschirm 401 und eine Eingabevorrichtung 402.
Die Anzeige 401 zeigt Bilder an, die sich auf die Arbeitsmaschine 1 beziehen. Die Anzeige 401 zeigt Bilder an, die den von der Steuereinrichtung 27 über die Kommunikationsvorrichtung 38 empfangenen Signalen entsprechen. Die Eingabevorrichtung 402 wird von einem Bediener bedient. Die Eingabevorrichtung 402 kann z. B. einen Berührungsbildschirm oder Hardwaretasten enthalten. Der entfernte Computerapparat 4 überträgt Signale, die für von der Eingabevorrichtung 402 eingegebene Befehle kennzeichnend sind, über die Kommunikationsvorrichtung 38 an die Steuereinrichtung 27. Die Kommunikationsvorrichtung 38 führt die Datenkommunikation mit dem Förderfahrzeug 2 durch.
4 ist eine Seitenansicht des Förderfahrzeugs 2. Wie in 4 dargestellt, umfasst das Förderfahrzeug 2 einen Fahrzeugkörper 51, einen Fahrkörper 52 und eine Ladefläche 53. Der Fahrzeugkörper 51 wird durch den Fahrkörper 52 gestützt. Der Fahrkörper 52 umfasst Raupenketten 54. Die Raupenketten 54 werden durch die Antriebskraft eines nachstehend beschriebenen Motors 55 angetrieben, wodurch das Förderfahrzeug 2 fährt. Die Ladefläche 53 wird durch den Fahrzeugkörper 51 gestützt. Die Ladefläche 53 ist eingerichtet, um sich zwischen einer Abladestellung und einer Förderstellung zu bewegen. In 4 zeigt die durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnete Ladefläche 53 die Position der Ladefläche 53 in der Förderstellung an. Die Ladefläche 53, die durch eine doppelgestrichelte Kettenlinie gekennzeichnet ist, zeigt die Position der Ladefläche 53 in der Abladestellung an. In der Förderstellung ist die Ladefläche 53 in etwa horizontal angeordnet. In der Abladestellung ist die Ladefläche 53 in Bezug auf die Förderstellung geneigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Steuersystems des Förderfahrzeugs 2 darstellt. Das Förderfahrzeug 2 umfasst einen Motor 55, eine Hydraulikpumpe 56, eine Leistungsübertragungsvorrichtung 57, einen Hubzylinder 58, einen Drehmotor 59, eine Steuereinrichtung 61 und ein Steuerventil 62. Die Steuereinrichtung 61 umfasst einen Prozessor 611, eine flüchtige Speichereinheit 612 und eine nichtflüchtige Speichereinheit 613.
Der Motor 55, die Hydraulikpumpe 56, die Leistungsübertragungsvorrichtung 57, die Steuereinrichtung 61 und das Steuerventil 62 weisen die gleichen Konfigurationen wie der Motor 24, die Hydraulikpumpe 25, die Leistungsübertragungsvorrichtung 26, die Steuereinrichtung 27 bzw. das Steuerventil 31 der Arbeitsmaschine 1 auf. Aus diesem Grund wird auf deren detaillierte Erläuterungen verzichtet.
Der Hubzylinder 58 ist ein Hydraulikzylinder. Der Drehmotor 59 ist ein Hydraulikmotor. Die von der Hydraulikpumpe 56 abgegebene Hydraulikflüssigkeit wird dem Hubzylinder 58 und dem Drehmotor 59 zugeführt. Der Hubzylinder 58 und der Drehmotor 59 werden durch Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe 56 angetrieben. Der Hubzylinder 58 hebt und senkt die Ladefläche 53. Folglich wird die Stellung der Ladefläche 53 zwischen der Förderstellung und der Abladestellung umgeschaltet. Der Drehmotor 59 veranlasst, dass sich der Fahrzeugkörper 51 in Bezug auf den Fahrkörper 52 dreht. Die Steuereinrichtung 61 steuert den Hubzylinder 58 mittels des Steuerventils 62, wodurch der Betrieb der Ladefläche 53 gesteuert wird. Außerdem steuert die Steuereinrichtung 61 den Drehmotor 59 mittels des Steuerventils 62, wodurch die Drehung des Fahrzeugkörpers 51 gesteuert wird.
Das Förderfahrzeug 2 umfasst einen Positionssensor 63, einen Ladeflächensensor 64 und einen Drehwinkelsensor 65. Der Positionssensor 63 gibt Positionsdaten auf die gleiche Weise wie der Positionssensor 33 der Arbeitsmaschine 1 aus. Die Positionsdaten enthalten Daten, die für die Position des Förderfahrzeugs 2 kennzeichnend sind und Daten, die für die Stellung des Fahrzeugkörpers 51 kennzeichnend sind.
Der Ladeflächensensor 64 erfasst die Stellung der Ladefläche 53 und gibt Ladeflächendaten aus, die für die Stellung der Ladefläche 53 kennzeichnend sind, aus. Der Ladeflächensensor 64 ist z. B. ein Hubsensor, der den Hubbetrag des Hubzylinders 58 erfasst. Die Ladeflächendaten enthalten den Hubbetrag des Hubzylinders 58. Alternativ kann der Ladeflächensensor 64 ein anderer Sensortyp sein, z. B. ein Sensor, der den Neigungswinkel der Ladefläche 53 erfasst. Der Drehwinkelsensor 65 erfasst den Drehwinkel des Fahrzeugkörpers 51 in Bezug auf den Fahrkörper 52, und gibt Drehwinkeldaten aus, die für den Drehwinkel kennzeichnend sind.
Die Steuereinrichtung 61 steht drahtgebunden oder drahtlos in Kommunikationsverbindung mit dem Positionssensor 63, dem Ladeflächensensor 64 und dem Drehwinkelsensor 65. Die Steuereinrichtung 61 empfängt die Positionsdaten, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten vom Positionssensor 63, dem Ladeflächensensor 64 bzw. dem Drehwinkelsensor 65.
Das Förderfahrzeug 2 umfasst eine Kommunikationsvorrichtung 66. Die Steuereinrichtung 61 des Förderfahrzeugs 2 führt über die Kommunikationsvorrichtung 66 die Datenkommunikation mit der Steuereinrichtung 27 der Arbeitsmaschine 1 durch. Die Steuereinrichtung 61 des Förderfahrzeugs 2 überträgt die Positionsdaten, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten des Förderfahrzeugs 2 über die Kommunikationsvorrichtung 66. Die Steuereinrichtung 27 der Arbeitsmaschine 1 empfängt über die Kommunikationsvorrichtung 38 die Positionsdaten, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten des Förderfahrzeugs 2. Die Steuereinrichtung 27 der Arbeitsmaschine 1 speichert die Fahrzeugdimensionsdaten, die für die Anordnungen und die Abmessungen des Fahrzeugkörpers 51 und der Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2 kennzeichnend sind. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die Position der Ladefläche 53 aus den Positionsdaten, den Ladeflächendaten, den Drehwinkeldaten und den Fahrzeugdimensionsdaten des Förderfahrzeugs 2.
Als nächstes wird die Verarbeitung des automatischen Steuermodus beschrieben, der von der Steuereinrichtung 27 der Arbeitsmaschine 1 ausgeführt wird. Im automatischen Steuermodus steuert die Steuereinrichtung 27 die Arbeitsmaschine 1 so, dass die vorstehend genannten Grab- und Ladearbeit automatisch durchgeführt werden. 6 bis 9 sind Ablaufdiagramme, die die Verarbeitung des automatischen Steuermodus veranschaulichen.
Der automatische Steuermodus umfasst einen Lademodus und andere Modi als den Lademodus. Ein weiterer Modus in der vorliegenden Ausführungsform ist der Bereitschaftsmodus. Im Bereitschaftsmodus veranlasst die Steuereinrichtung 27 die Arbeitsmaschine 1, im Bereitschaftsmodus zu warten, bis das Förderfahrzeug 2 die Ladeposition L2 erreicht hat und gestoppt hat. Zusätzlich zum Bereitschaftsmodus können die anderen Modi Modi enthalten, wie z. B. ein Modus zum Sammeln von herabgefallenen Materialien, ein Grabungsmodus zum Graben eines anderen Bereichs und zur weiteren Erhöhung der Materialien oder ähnliches. Im Lademodus veranlasst die Steuereinrichtung 27 die Arbeitsmaschine 1 so zu arbeiten, dass sie eine Ladearbeit auf das Förderfahrzeug 2 durchführt, wenn das Förderfahrzeug 2 an der Ladeposition L2 gestoppt ist. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Prozesse im Bereitschaftsmodus darstellt. 7 bis 9 sind Ablaufdiagramme, die Prozesse im Lademodus veranschaulichen. 10 bis 18 sind Draufsichten, die schematisch die Bedingungen der Baustelle während des automatischen Steuermodus veranschaulichen.
Wenn ein Startbefehl des automatischen Steuermodus empfangen wird, startet die Steuereinrichtung 27 den Motor 24 der Arbeitsmaschine 1 und führt die in 6 dargestellten Prozesse des Bereitschaftsmodus aus. Wie in 10 dargestellt, wird der Startbefehl des automatischen Steuermodus von dem vorstehend genannten entfernten Computerapparat 4 ausgegeben, weil z. B. der Bediener die Eingabevorrichtung 402 des entfernten Computerapparats 4 bedient. Die Steuereinrichtung 27 erhält den Startbefehl über die Kommunikationsvorrichtung 38. Darüber hinaus empfängt auch das Förderfahrzeug 2 den Startbefehl des automatischen Steuermodus. Nach Empfang des Startbefehls des automatischen Steuermodus beginnt das Förderfahrzeug 2 sich zu der Ladeposition L2 hin zu bewegen.
Wie in 6 dargestellt, veranlasst die Steuereinrichtung 27 im Schritt S101 die Arbeitsmaschine 1 in einer Wartestellung zum Abladen in einer Bereitschaftsstellung zu warten. Das heißt, im Bereitschaftsmodus hält die Steuereinrichtung 27 das Arbeitsgerät 12, den Drehkörper 13 und den Fahrkörper 14 in der Wartestellung zum Abladen. Wie in 10 dargestellt, wird das Arbeitsgerät 12 in der Wartestellung zum Abladen so angeordnet, dass es der Ladeposition L2 zugewandt ist. Das heißt, in der Wartestellung zum Abladen ist die Vorderseite des Drehkörpers 13 der Ladeposition L2 zugewandt. Außerdem ist der Löffel 19 in der Wartestellung zum Abladen in einer Position angeordnet, die höher als die Höhe der Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2 ist.
Im Schritt S102 erwirbt die Steuereinrichtung 27 die Position der Arbeitsmaschine 1. Dabei erfasst die Steuereinrichtung 27 die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1, die Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und die Drehwinkeldaten vom Positionssensor 33, den Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c bzw. dem Drehwinkelsensor 39. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die Schneidenspitzenposition des Löffels 19 aus den Positionsdaten, den Stellungsdaten und den Drehwinkeldaten.
Im Schritt S103 erfasst die Steuereinrichtung 27 die Bilddaten. Dabei erfasst die Steuereinrichtung 27 die ersten Bilddaten, die für bewegte Bilder vor dem Drehkörper 13 kennzeichnend sind, von der ersten Kamera 36. Die Steuereinrichtung 27 erfasst die zweiten Bilddaten, die für bewegte Bilder zu beiden Seiten und zur Rückseite des Drehkörpers 13 kennzeichnend sind, von der zweiten Kamera 37. Die erste Kamera 36 und die zweiten Kameras 37 erfassen ständig Bilder, um die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten zumindest während der Ausführung des automatischen Steuermodus zu erzeugen. Die Steuereinrichtung 27 erfasst die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten in Echtzeit von der ersten Kamera 36 und den zweiten Kameras 37 zumindest während der Ausführung des automatischen Steuermodus.
Im Schritt S104 führt die Steuereinrichtung 27 die Bildverarbeitung 1 aus. Die Bildverarbeitung 1 erfasst die Anwesenheit einer Person in der Peripherie der Arbeitsmaschine 1 mit der Bilderkennungstechnologie auf der Grundlage der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten. Daher entsprechen die erste Kamera 36 und die zweite Kamera 37 einer Personenerfassungsvorrichtung, die die Anwesenheit einer Person in einem Bereich in der Peripherie der Arbeitsmaschine 1 erfasst.
Die Steuereinrichtung 27 erfasst die Anwesenheit einer Person in den Bildern, die durch die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten angezeigt werden, indem es z. B. eine Bilderkennungstechnologie verwendet, die künstliche Intelligenz (KI) einsetzt. 19 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines von der ersten Kamera 36 oder den zweiten Kameras 37 aufgenommenen Bildes darstellt. Wie in 19 dargestellt, erkennt und erfasst die Steuereinrichtung 27 eine Person in den Bildern, wenn eine Person in den Bildern enthalten ist, die durch die ersten Bilddaten oder die zweiten Bilddaten angezeigt werden. Im Schritt S105 bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob die Anwesenheit einer Person in der Peripherie der Arbeitsmaschine 1 erfasst wird. Wenn die Anwesenheit einer Person nicht erfasst wird, fährt die Verarbeitung mit Schritt S106 fort.
Im Schritt S106 führt die Steuereinrichtung 27 die Bildverarbeitung 2 aus. In der Bildverarbeitung 2 erfasst die Steuereinrichtung 27 mit der Bilderkennungstechnologie auf der Basis der ersten Bilddaten die Anwesenheit des Förderfahrzeugs 2. Daher entspricht die erste Kamera 36 einer Fahrzeugerfassungsvorrichtung, die eine Annäherung des Förderfahrzeugs 2 an die Arbeitsmaschine 1 erfasst. Die Bilderkennungstechnologie ist die gleiche wie im Schritt S104. Wie in 11 dargestellt, erfasst die Steuereinrichtung 27 die Anwesenheit des Förderfahrzeugs 2, wenn das Förderfahrzeug 2 den Bildaufnahmebereich der ersten Kamera 36 erreicht hat.
20 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein von der ersten Kamera 36 aufgenommenes Bild zeigt, wenn das Förderfahrzeug 2 den Bildaufnahmebereich der ersten Kamera erreicht hat. Wie in 20 dargestellt, erkennt und erfasst die Steuereinrichtung 27 das Förderfahrzeug 2 in den Bildern, wenn das Förderfahrzeug 2 in den durch die ersten Bilddaten angezeigten Bildern enthalten ist.
Im Schritt S107 kommuniziert die Steuereinrichtung 27 mit dem Förderfahrzeug 2. Dabei empfängt die Steuereinrichtung 27 über die Kommunikationsvorrichtung 38 die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 vom Förderfahrzeug 2. Über die Kommunikationsvorrichtung 38 empfängt die Steuereinrichtung 27 auch die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten vom Förderfahrzeug 2.
Im Schritt S108 bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob die Annäherung des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Annäherung des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird, wenn der Abstand von der Arbeitsmaschine 1 zum Förderfahrzeug 2 gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Die Steuereinrichtung 27 berechnet den Abstand von der Arbeitsmaschine 1 zum Förderfahrzeug 2 durch Analyse der ersten Bilddaten. Alternativ kann die Steuereinrichtung 27 den Abstand von der Arbeitsmaschine 1 zum Förderfahrzeug 2 aus den Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1 und den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 berechnen. Wenn die Annäherung des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird, fährt die Verarbeitung mit Schritt S201 fort, der in 7 dargestellt ist. Das heißt, die Steuereinrichtung 27 veranlasst den Übergang des automatischen Steuermodus vom Bereitschaftsmodus in den Lademodus.
Die Tatsache, dass im Schritt S105 keine Person erfasst wird, und die Tatsache, dass im Schritt S108 die Annäherung des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird, stellen die Übergangsbedingung dar, um den Übergang des automatischen Steuermodus vom Bereitschaftsmodus in den Lademodus zu veranlassen. Die Steuereinrichtung 27 veranlasst, dass der automatische Steuermodus vom Bereitschaftsmodus in den Lademodus übergeht, wenn die Übergangsbedingung erfüllt ist. Die Steuereinrichtung 27 veranlasst nicht, dass der automatische Steuermodus vom Bereitschaftsmodus in den Lademodus übergeht, und behält den Bereitschaftsmodus bei, wenn die Übergangsbedingung nicht erfüllt ist. Die Übergangsbedingung kann auch andere Bedingungen enthalten.
Wenn die Steuereinrichtung 27 die Annäherung des Förderfahrzeugs 2 im Schritt S108 nicht erfasst, geht die Verarbeitung zu Schritt S109 über. Im Schritt S109 bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob ein Fertigstellungssignal empfangen wird. Das Fertigstellungssignal wird von dem entfernten Computerapparat 4 übertragen. Das Fertigstellungssignal wird vom entfernten Computerapparat 4 an die Steuereinrichtung 27 übertragen, weil der Bediener die Eingabevorrichtung 402 bedient. Nach Empfang des Fertigstellungssignals beendet die Steuereinrichtung 27 den automatischen Steuermodus. Wenn der automatische Steuermodus beendet ist, stoppt die Steuereinrichtung 27 den Motor 24 der Arbeitsmaschine 1. Darüber hinaus stoppt die Steuereinrichtung 61 des Förderfahrzeugs 2 das Förderfahrzeug 2 nach Empfang des Fertigstellungssignals.
Wie in 12 dargestellt, erfasst die Steuereinrichtung 27 die Anwesenheit der Person 100 im Schritt S105, wenn eine Person 100 in der Peripherie der Arbeitsmaschine 1 eingedrungen ist. Wenn die Steuereinrichtung 27 die Anwesenheit der Person 100 erfasst, fährt die Verarbeitung mit Schritt S110 fort. Im Schritt S110 gibt die Steuereinrichtung 27 ein Warnsignal aus, um eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe einer Warnung zu veranlassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ausgabevorrichtung der entfernte Computerapparat 4. Nach Empfang des Warnsignals zeigt der entfernte Computerapparat 4 auf der Anzeige 401 eine Nachricht oder ein Bild an, das für die Warnung kennzeichnend ist. Der entfernte Computerapparat 4 kann nach Empfang des Warnsignals einen Ton ausgeben, der die Warnung darstellt.
Die Ausgabevorrichtung ist nicht auf den entfernten Computerapparat 4 beschränkt und kann eine andere Vorrichtung sein. Die Ausgabevorrichtung kann z. B. eine Warnlampe oder ein Lautsprecher sein, der an der Arbeitsmaschine 1 angebracht oder an der Außenseite der Arbeitsmaschine 1 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 27 kann ein Befehlssignal ausgeben, so dass die Warnlampe aufleuchtet oder ein Warnton aus dem Lautsprecher ertönt, wenn die Anwesenheit einer Person erfasst wird.
Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, ob das Fertigstellungssignal im Schritt S109 empfangen wird, nachdem es die Ausgabevorrichtung veranlasst hat, das Warnsignal im Schritt S110 auszugeben. Wenn das Fertigstellungssignal empfangen wird, stoppt die Steuereinrichtung 27 den automatischen Steuermodus. Wenn das Fertigstellungssignal nicht empfangen wird, behält die Steuereinrichtung 27 den automatischen Steuermodus im Bereitschaftsmodus bei.
Wenn im Bereitschaftsmodus die Anwesenheit einer Person in der Peripherie der Arbeitsmaschine 1 erfasst wird, wechselt die Steuereinrichtung 27 nicht vom automatischen Steuermodus in den Lademodus und behält den Bereitschaftsmodus bei, auch wenn die Annäherung des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird. Wenn während des nachstehend beschriebenen Lademodus die Anwesenheit einer Person erfasst wird, stoppt die Steuereinrichtung 27 den Betrieb des Arbeitsgeräts 12 und des Drehkörpers 13. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 27 beim Erfassen der Anwesenheit einer Person entweder im Bereitschaftsmodus oder im Lademodus ein Befehlssignal zum Stoppen des Förderfahrzeugs 2 an die Steuereinrichtung 61 des Förderfahrzeugs 2 übermitteln.
Als nächstes wird die Verarbeitung im Lademodus erklärt. Im Lademodus führt die Steuereinrichtung 27 das Graben mit dem Arbeitsgerät 12 an der vorbestimmten Grabungsposition L1 durch, veranlasst das Arbeitsgerät 12, sich mit dem Drehkörper 13 von der Grabungsposition L1 zu der Ladeposition L2 hin zu drehen, und entlädt die Materialien vom Arbeitsgerät 12 an der Ladeposition L2, um die Ladearbeit durchzuführen. Wie in 7 dargestellt, misst die Steuereinrichtung 27 im Lademodus im Schritt S201 eine Topographie. Dabei misst der Topographiesensor 35, wie in 13 dargestellt, die Topographie der Grabungsposition L1, die sich auf einer Seite des Arbeitsgeräts 1 befindet. Die Steuereinrichtung 27 erwirbt Topographiedaten, die für die vom Topographiesensor 35 gemessene Topographie der Grabungsposition L1 kennzeichnend sind. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, ob der Drehkörper 13 gestoppt oder in Betrieb ist, und wenn er bestimmt, dass der Drehkörper 13 gestoppt ist, kann die Steuereinrichtung 27 die Topographie durch den Topographiesensor 35 messen.
Im Schritt S202 bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob die Grabungsmenge sichergestellt werden kann. Dabei bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob die Materialien einer vorbestimmten Menge oder mehr durch Graben gewonnen werden können, wenn das Arbeitsgerät 12 und der Drehkörper 13 an der aktuellen Position der Arbeitsmaschine 1 betrieben werden. Zum Beispiel berechnet die Steuereinrichtung 27, wie in 21 dargestellt, die Menge der Materialien, die an der aktuellen Position gegraben werden kann, aus der Trajektorie des Arbeitsgeräts 12, wenn das Arbeitsgerät 12 und der Drehkörper 13 an der aktuellen Position der Arbeitsmaschine 1 betrieben werden, und aus der Topographie der Grabungsposition L1, die durch die Topographiedaten angezeigt wird. In 21 wird die Schraffur in dem Maße angewendet, wie gegraben werden kann, wenn das Arbeitsgerät 12 betrieben wird. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Grabungsmenge sichergestellt werden kann, wenn die Menge der Materialien, die gegraben werden können, gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Grabungsmenge nicht sichergestellt werden kann, fährt die Verarbeitung mit Schritt S203 fort.
Im Schritt S203 stellt die Steuereinrichtung 27 die Position der Arbeitsmaschine 1 ein. Beispielsweise veranlasst die Steuereinrichtung 27 die Arbeitsmaschine 1, sich um eine vorbestimmte Strecke vorwärts oder rückwärts zu bewegen. Dann misst die Steuereinrichtung 27 im Schritt S201 erneut die Topographie und bestimmt im Schritt S202, ob die Grabungsmenge sichergestellt werden kann.
Wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Grabungsmenge im Schritt S202 sichergestellt werden kann, fährt die Verarbeitung mit Schritt S204 fort. Im Schritt S204 berechnet die Steuereinrichtung 27 ein mögliches Ladegewicht. Die Steuereinrichtung 27 speichert das maximale Ladegewicht, das auf das Förderfahrzeug 2 geladen werden kann. Die Steuereinrichtung 27 berechnet das mögliche Ladegewicht aus dem maximalen Ladegewicht und dem Gewicht der bereits auf das Förderfahrzeug 2 geladenen Materialien.
Im Schritt S205 erstellt die Steuereinrichtung 27 einen Ladeplan. Dabei ermittelt die Steuereinrichtung 27 aus der aktuellen Position der Arbeitsmaschine 1, den Topographiedaten und einem Zielvolumen einen Grabungspfad PA1 (in 22) und einen Zieldrehwinkel TA1 (in 14). Der Grabungspfad PA1 ist eine Soll-Trajektorie der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts 12. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt den Grabungspfad PA1 aus der aktuellen Position der Arbeitsmaschine 1 und den Topographiedaten, so dass die Menge der vom Arbeitsgerät 12 zu grabenden Materialien mit dem Zielvolumen übereinstimmt. Wie später beschrieben, ist die Steuereinrichtung 27 in der Lage, das Gewicht der durch Graben in dem Löffel 19 gehaltenen Materialien zu berechnen. Die Steuereinrichtung 27 akkumuliert das Gewicht der Materialien in dem Löffel 19 für jede Entladung auf das Förderfahrzeug 2, wobei die Steuereinrichtung in der Lage ist, die Ladungsmenge auf das Förderfahrzeug 2 zu verstehen. Die Ladungsmenge auf das Förderfahrzeug 2 ist zum Zeitpunkt des ersten Grabens Null.
22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Querschnitt durch eine aktuelle Topographie T1 und den Grabungspfad PAl zeigt. Wie in 22 dargestellt, bestimmt die Steuereinrichtung 27 den Grabungspfad PA1 so, dass das Volumen zwischen der Oberfläche der aktuellen Topographie T1 und dem Grabungspfad PA1 (schraffierter Abschnitt in 22) dem Zielvolumen entspricht. Der Grabungspfad PA1 umfasst einen Grabungsstartpunkt S1 und einen Grabungsendpunkt E1. Der Grabungsstartpunkt S1 und der Grabungsendpunkt E1 sind Schnittpunkte zwischen der Oberfläche der Topographie T1 und dem Grabungspfad PA1. Zum Beispiel ist der Grabungsstartpunkt S1 weiter von der Arbeitsmaschine 1 entfernt als der Grabungsendpunkt E1. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die Position des Grabungsstartpunktes S1 und bestimmt aus dem Grabungsstartpunkt S1 den Zieldrehwinkel TA1.
Die Steuereinrichtung 27 bestimmt das Zielvolumen entsprechend dem möglichen Ladegewicht. Die Steuereinrichtung 27 berechnet, wie nachstehend beschrieben, die spezifische Dichte (Englisch: specific gravity) der Materialien und rechnet das mögliche Ladegewicht auf der Grundlage der spezifischen Dichte in ein Volumen um. Die Steuereinrichtung 27 berechnet eine mögliche Ladekapazität aus dem möglichen Ladegewicht und berechnet das Zielvolumen auf der Grundlage der möglichen Ladekapazität. Genauer gesagt, wenn die mögliche Ladekapazität gleich oder größer als die Grabkapazität des Löffels 19 ist, bestimmt die Steuereinrichtung 27 die Grabkapazität des Löffels 19 als das Zielvolumen. Die Grabkapazität des Löffels 19 wird in der Speichervorrichtung 272 gespeichert. Wenn die mögliche Ladekapazität kleiner als die Grabkapazität des Löffels 19 ist, bestimmt die Steuereinrichtung 27 die mögliche Ladekapazität als das Zielvolumen. Die spezifische Dichte oder das Zielvolumen kann ein vorbestimmter Anfangswert sein, wenn das Graben zum ersten Mal ausgeführt wird.
Im Schritt S206 führt die Steuereinrichtung 27 eine automatische Abwärtsdrehung aus. Dabei veranlasst die Steuereinrichtung 27, wie in 14 dargestellt, dass sich der Drehkörper 13 aus der Position in der Wartestellung zum Abladen zu dem Grabungsstartpunkt S1 hin um den Zieldrehwinkel TA1 dreht und dass die Schneidenspitze des Arbeitsgeräts 12 aus der Höhe in der Wartestellung zum Abladen zu der Höhe des Grabungsstartpunktes S1 hin abgesenkt wird.
Im Schritt S207 führt die Steuereinrichtung 27 das automatische Graben aus. Dabei steuert die Steuereinrichtung 27 das Arbeitsgerät 12 so, dass sich die Schneidenspitze des Arbeitsgeräts 12 entlang des im Grabungsplan festgelegten Grabungspfads PA1 bewegt.
Im Schritt S208 modifiziert die Steuereinrichtung 27 die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1. Dabei erwirbt die Steuereinrichtung 27 erneut die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1, die Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und die Drehwinkeldaten vom Positionssensor 33, den Arbeitsgerätesensoren 34a bis 34c bzw. dem Drehwinkelsensor 39 und modifiziert die im Schritt S102 erfasste Position der Arbeitsmaschine 1.
Im Schritt S209 erstellt die Steuereinrichtung 27 einen Abladeplan. Dabei bestimmt die Steuereinrichtung 27 aus der aktuellen Position der Arbeitsmaschine 1 und der Ladeflächenposition des Förderfahrzeugs 2 einen Zieldrehwinkel TA2 und eine Abladeposition P1. Die Abladeposition P1 gibt die Position der Schneidenspitze des Löffels 19 in der Wartestellung zum Abladen an. Die Ladeflächenposition des Förderfahrzeugs 2 gibt die Position der Ladefläche 53 an, während sich das Förderfahrzeug 2 in der Ladeposition L2 befindet. Die Steuereinrichtung 27 kann eine vorbestimmte Ladeflächenposition speichern. Alternativ kann die Steuereinrichtung 27 die Ladeflächenposition aus der Ladeposition L2 und den Fahrzeugdimensionsdaten des Förderfahrzeugs 2 berechnen. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt die Abladeposition P1 so, dass das Arbeitsgerät 12 der Ladefläche 53 zugewandt ist und die Schneidenspitze in einem vorbestimmten Abstand über der Ladefläche 53 positioniert ist.
Im Schritt S210 führt die Steuereinrichtung 27 eine automatische Hebezeugdrehung aus. Dabei veranlasst die Steuereinrichtung 27, wie in 15 dargestellt, dass sich der Drehkörper 13 um den Zieldrehwinkel TA2 zu der Abladeposition P1 hin dreht und veranlasst, dass die Schneidenspitze des Arbeitsgeräts 12 zu der Abladeposition P1 hin angehoben wird.
Im Schritt S211 misst die Steuereinrichtung 27 das Gewicht der Materialien, die vom Arbeitsgerät 12 ausgegraben und vom Löffel 19 gehalten werden. Dabei erfasst die Steuereinrichtung 27 Lastdaten, die für die auf das Arbeitsgerät 12 aufgebrachte Last kennzeichnend sind. Die Steuereinrichtung 27 berechnet das Gewicht der Materialien auf der Grundlage der Lastdaten.
Darüber hinaus berechnet die Steuereinrichtung 27 die spezifische Dichte der Materialien aus den Topographiedaten vor dem Graben, dem Grabungspfad PA1 und den Lastdaten. Der Grabungspfad PA1 entspricht der Topographie nach dem Graben. Daher berechnet die Steuereinrichtung 27 das Volumen der vom Arbeitsgerät 12 gegrabenen Materialien aus den Topographiedaten vor dem Graben und dem Grabungspfad PA1. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die spezifische Dichte der Materialien aus dem Volumen der Materialien und dem aus den Lastdaten berechneten Gewicht der Materialien.
In dem in 8 dargestellten Schritt S301 bestimmt die Steuereinrichtung 27 einen Zustand der Arbeitsmaschine 1. Dabei bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob die Arbeitsmaschine 1 in Betrieb ist oder gestoppt ist. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Arbeitsmaschine 1 in Betrieb ist, wenn mindestens eines von dem Fahrkörper 14, dem Drehkörper 13 und dem Arbeitsgerät 12 in Betrieb ist. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Arbeitsmaschine 1 gestoppt ist, wenn die Schneidenspitze des Arbeitsgeräts 12 die Abladeposition P1 erreicht und der gesamte Fahrkörper 14, der Drehkörper 13 und das Arbeitsgerät 12 gestoppt sind. Alternativ kann die Steuereinrichtung 27 bestimmen, dass die Arbeitsmaschine 1 gestoppt ist, wenn der Drehkörper 13 und der Fahrkörper 14 gestoppt sind.
Wenn die Arbeitsmaschine 1 gestoppt ist, führt die Steuereinrichtung 27 im Schritt S302 die Bildverarbeitung 3 aus. In der Bildverarbeitung 3 erfasst die Steuereinrichtung 27 das Förderfahrzeug 2 mit der Bilderkennungstechnologie auf der Grundlage der ersten Bilddaten. Zusätzlich kommuniziert die Steuereinrichtung 27 im Schritt S303 mit dem Förderfahrzeug 2. Dabei empfängt die Steuereinrichtung 27 die Positionsdaten, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten des Förderfahrzeugs 2 über die Kommunikationsvorrichtung 38 auf die gleiche Weise wie im Schritt S107.
Im Schritt S304 ermittelt die Steuereinrichtung 27 dann einen Zustand des Förderfahrzeugs 2. Dabei ermittelt die Steuereinrichtung 27, ob das Förderfahrzeug 2 an der Ladeposition L2 in Betrieb ist oder gestoppt hat. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass das Förderfahrzeug 2 in Betrieb ist, wenn das Förderfahrzeug 2 fährt oder wenn sich die Ladefläche 53 dreht. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist, wenn das Förderfahrzeug 2 an der Ladeposition L2, wie in 16 dargestellt, gestoppt ist und die Ladefläche 53 sich nicht dreht und gestoppt ist.
Wenn die Arbeitsmaschine 1 im Schritt S301 gestoppt ist, ermittelt die Steuereinrichtung 27 auf der Grundlage der Bildverarbeitung 3 und der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 im Schritt S304 einen Zustand des Förderfahrzeugs 2. Daher entsprechen die erste Kamera 36 und der Positionssensor 33 einer Erfassungsvorrichtung, die den Betrieb des Förderfahrzeugs 2 erfasst. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt auf der Grundlage der ersten Bilddaten, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist. Darüber hinaus bestimmt die Steuereinrichtung 27 auf der Grundlage der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist. Das heißt, die ersten Bilddaten und die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 entsprechen den Betriebsdaten, die für den Betrieb des Förderfahrzeugs 2 kennzeichnend sind.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 27 auf der Grundlage sowohl der Bildverarbeitung 3 als auch der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 bestimmen, dass das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist, wenn das Stoppen des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird. Die Steuereinrichtung 27 kann bestimmen, dass das Förderfahrzeug 2 in Betrieb ist, wenn der Betrieb des Förderfahrzeugs 2 auf der Grundlage von mindestens einem von der Bildverarbeitung 3 und den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 erfasst wird.
Wenn die Arbeitsmaschine 1 im Schritt S301 in Betrieb ist, erfasst die Steuereinrichtung 27 im Schritt S305 die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 und bestimmt im Schritt 304 einen Zustand des Förderfahrzeugs 2 nur auf der Grundlage der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2.
Wenn das Förderfahrzeug 2 im Schritt 304 in Betrieb ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S301 zurück. Wenn das Förderfahrzeug 2 im Schritt 304 gestoppt ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S306 über. Im Schritt S306 führt die Steuereinrichtung 27 die Bildverarbeitung 4 aus. In der Bildverarbeitung 4 erfasst die Steuereinrichtung 27 die Ladeflächenposition des Förderfahrzeugs 2 mit einer Bilderkennungstechnologie auf der Grundlage der ersten Bilddaten.
23 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Bild zeigt, das von der ersten Kamera 36 aufgenommen wurde, wenn das Förderfahrzeug 2 an der Ladeposition L2 gestoppt ist. Wie in 23 dargestellt, umfasst das durch die ersten Bilddaten angezeigte Bild die Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2. Wenn die Ladefläche 53 in dem durch die ersten Bilddaten angezeigten Bild enthalten ist, erkennt die Steuereinrichtung 27 im Bild die Ladefläche 53 und erfasst die Ladeflächenposition.
Im Schritt S307 ermittelt die Steuereinrichtung 27 einen Fehler der Ladeflächenposition. Die Steuereinrichtung 27 errechnet eine Abweichung zwischen der von der Steuereinrichtung 27 gespeicherten Ladeflächenposition und der im Schritt S306 erfassten Ladeflächenposition. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass der Fehler groß ist, wenn die Abweichung gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn der Fehler der Ladeflächenposition groß ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt S308 fort.
Im Schritt S308 modifiziert die Steuereinrichtung 27 die Abladeposition P1. Dabei modifiziert die Steuereinrichtung 27 die im Schritt S209 auf der Grundlage der im Schritt S307 berechneten Abweichung bestimmte Abladeposition P1. Wenn der Fehler der Ladeflächenposition im Schritt S307 klein ist, wird die Abladeposition P1 nicht modifiziert und die Verarbeitung geht weiter zu Schritt S309.
Im Schritt S309 führt die Steuereinrichtung 27 die automatische Entladung aus. Dabei bedient die Steuereinrichtung 27 das Arbeitsgerät 12, um die von dem Löffel 19 gehaltenen Materialien auf die Ladefläche 53 abzuladen. Im Schritt S310 aktualisiert die Steuereinrichtung 27 die Ladeflächenposition. Die Steuereinrichtung 27 aktualisiert die gespeicherte Ladeflächenposition auf die im Schritt S306 erfasste Ladeflächenposition.
In dem in 9 dargestellten Schritt S401 bestimmt die Steuereinrichtung 27, ob das Laden beendet ist. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass das Laden beendet ist, wenn das Gewicht der auf die Ladefläche 53 geladenen Materialien (im Folgenden als „Ladungsmenge“ bezeichnet) das zulässige Gewicht erreicht. Die Steuereinrichtung 27 berechnet die Ladungsmenge aus den Lastdaten. Konkret berechnet die Steuereinrichtung 27 das Gewicht der ausgegrabenen Materialien aus den Ladedaten. Die Steuereinrichtung 27 berechnet den Gesamtwert des Gewichts der auf die Ladefläche geladenen Materialien 53 als Ladungsmenge.
Wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass das Laden im Schritt S401 nicht abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S201 zurück. Die Verarbeitung von Schritt S201 bis Schritt S211 und die Verarbeitung von Schritt S301 bis Schritt S310 wird wiederholt. Infolgedessen wird das Graben und Laden des Materials auf das Förderfahrzeug 2 wiederholt.
Selbst wenn die zweite und die folgenden Grabungen durchgeführt werden, führt die Steuereinrichtung 27 die im Schritt S201 durchgeführte Messung der Topographie erneut durch und aktualisiert die Topographiedaten mit neuen Topographiedaten, die vom Topographiesensor 35 erfasst wurden. Darüber hinaus führt die Steuereinrichtung 27 erneut die Messung des Gewichts der Materialien im Schritt S211 durch und berechnet und aktualisiert die spezifische Dichte der Materialien aus dem neu gemessenen Gewicht und Volumen der Materialien.
Wenn im Schritt S401 die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass das Laden abgeschlossen ist, geht die Verarbeitung im Schritt S402 weiter. Im Schritt S402 sendet die Steuereinrichtung 27, wie in 17 dargestellt, einen Rückzugsbefehl an das Förderfahrzeug 2, um sich von der Ladeposition L2 zurückzuziehen. Nach Empfang des Rückzugsbefehls beginnt sich das Förderfahrzeug 2 von der Ladeposition L2 zu der Abladeposition L3 hin zu bewegen.
Im Schritt S403 führt die Steuereinrichtung 27 die Bildverarbeitung 2 aus. In der Bildverarbeitung 2 erfasst die Steuereinrichtung 27 die Anwesenheit des Förderfahrzeugs 2 vor dem Drehkörper 13 mit der Bilderkennungstechnologie auf der Grundlage der ersten Bilddaten auf die gleiche Weise wie im Schritt S106. Ferner kommuniziert die Steuereinrichtung 27 im Schritt S404 mit dem Förderfahrzeug 2 und erfasst die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2. Dabei empfängt die Steuereinrichtung 27 über die Kommunikationsvorrichtung 38 die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 auf die gleiche Weise wie im Schritt S303 und Schritt S305.
Als nächstes bestimmt die Steuereinrichtung 27 im Schritt S405, ob der Rückzug abgeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 27 bestimmt anhand der Bildverarbeitung 2 und der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, ob der Rückzug abgeschlossen ist. Wie in 18 dargestellt, bestimmt die Steuereinrichtung 27, dass der Rückzug abgeschlossen ist, wenn festgestellt wird, dass sich das Förderfahrzeug 2 von der Arbeitsmaschine 1 um eine vorbestimmte Entfernung oder mehr entfernt hat.
Zum Beispiel berechnet die Steuereinrichtung 27 den Abstand zwischen der Arbeitsmaschine 1 und dem Förderfahrzeug 2 auf der Grundlage der ersten Bilddaten. Die Steuereinrichtung 27 berechnet den Abstand zwischen der Arbeitsmaschine 1 und dem Förderfahrzeug 2 auf der Grundlage der Positionsdaten. Die Steuereinrichtung 27 kann bestimmen, dass sich das Förderfahrzeug 2 aus der Ladeposition L2 zurückgezogen hat, wenn sowohl der aus den ersten Bilddaten berechnete Abstand als auch der aus den Positionsdaten berechnete Abstand gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert sind. Alternativ kann die Steuereinrichtung 27 bestimmen, dass sich das Förderfahrzeug 2 aus der Ladeposition L2 zurückgezogen hat, wenn einer von dem aus den ersten Bilddaten berechneten Abstand und dem aus den Positionsdaten berechnete Abstand gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass der Rückzug im Schritt S405 nicht abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S403 zurück. Wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass der Rückzug im Schritt S405 abgeschlossen ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S109 zurück. Das heißt, wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass der Rückzug abgeschlossen ist, beendet die Steuereinrichtung 27 den Lademodus und veranlasst, dass der automatische Steuermodus in den Bereitschaftsmodus übergeht.
Mit dem Steuersystem der Arbeitsmaschine 1 nach der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb des Förderfahrzeugs 2 erfasst, und wenn das Förderfahrzeug 2 an der Ladeposition L2 gestoppt ist, ist es möglich, die Arbeitsmaschine 1 zum Entladen der Materialien zu veranlassen. Dementsprechend kann die Arbeit durch eine geeignete Koordination zwischen der Arbeitsmaschine 1 und dem Förderfahrzeug 2 durchgeführt werden. Folglich wird die Ladearbeit durch die Arbeitsmaschine 1 mit der automatischen Steuerung durchgeführt und die Arbeitseffizienz kann verbessert werden.
Wenn die Steuereinrichtung 27 bestimmt, dass die Arbeitsmaschine 1 gestoppt ist, bestimmt die Steuereinrichtung 27 auf der Grundlage der ersten Bilddaten, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist. Wenn die Steuereinrichtung 27 ferner bestimmt, dass die Arbeitsmaschine 1 in Betrieb ist, bestimmt die Steuereinrichtung 27 auf der Grundlage der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist. Wenn die Arbeitsmaschine 1 in Betrieb ist, bewegt sich die erste Kamera 36 zusammen mit der Arbeitsmaschine 1. Dadurch verringert sich die Genauigkeit der Bilderkennung durch die ersten Bilddaten. Wenn die Arbeitsmaschine 1 in Betrieb ist, lässt sich daher unter Verwendung der Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 genau bestimmen, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist.
Wenn der Fehler zwischen der aus den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 berechneten Position der Ladefläche 53 und der aus den ersten Bilddaten berechneten Position der Ladefläche 53 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, modifiziert die Steuereinrichtung 27 die Entladeposition auf der Grundlage der aus den ersten Bilddaten berechneten Position der Ladefläche 53. Dementsprechend kann die Entladeposition in Bezug auf die Ladefläche 53 mit guter Genauigkeit bestimmt werden.
Die Steuereinrichtung 27 bestimmt, ob der Drehkörper 13 gestoppt oder in Betrieb ist, und wenn es bestimmt, dass der Drehkörper 13 gestoppt ist, misst die Steuereinrichtung 27 die Topographie durch den Topographiesensor 35. Wenn sich der Drehkörper 13 dreht, bewegt sich der Topographiesensor 35 zusammen mit dem Drehkörper 13. Dadurch verringert sich die Genauigkeit der Erfassung der Topographie durch den Topographiesensor 35. Daher misst die Steuereinrichtung 27 die Topographie durch den Topographiesensor 35, wenn es bestimmt, dass der Drehkörper 13 gestoppt ist. Dadurch kann die Genauigkeit der Erfassung der Topographie erhöht werden.
Obwohl bisher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, und im Rahmen der Erfindung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden.
Die Arbeitsmaschine 1 ist nicht auf einen Hydraulikbagger beschränkt und kann eine andere Maschine, wie z.B. ein Radlader, ein Motorgrader oder ähnliches sein. Die Konfiguration der Arbeitsmaschine 1 ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und kann geändert werden. Bei der Arbeitsmaschine 1 kann es sich um ein von einem Elektromotor angetriebenes Fahrzeug handeln. Zum Beispiel kann der Fahrkörper 14 und/oder der Drehkörper 13 von einem Elektromotor angetrieben werden. Die Konfiguration des Arbeitsgeräts 12 kann geändert werden. Zum Beispiel ist das Arbeitsgerät 12 nicht auf den Löffel 19 beschränkt und kann eine andere Anbauvorrichtung, wie z. B. einen Greifer, eine Gabel, einen Hubmagneten oder ähnliches enthalten.
Das Förderfahrzeug 2 kann ein anderes Fahrzeug als ein Muldenkipper sein. Die Konfiguration des Förderfahrzeugs 2 ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und kann geändert werden. Zum Beispiel kann das Förderfahrzeug 2 ein Fahrzeug sein, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Zum Beispiel kann der Fahrkörper 14 und/oder die Ladefläche 53 von einem Elektromotor angetrieben werden. Die Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2 kann möglicherweise nicht drehbar sein. Der Fahrkörper 52 des Förderfahrzeugs 2 kann anstelle von Raupenbändern mit Reifen ausgestattet sein. Das Förderfahrzeug 2 kann möglicherweise nicht automatisch gesteuert werden und kann von einer Bedienungsperson manuell angetrieben werden.
Die Konfigurationen der an der Arbeitsmaschine 1 und am Förderfahrzeug 2 vorgesehenen Sensoren sind nicht auf die der vorstehenden Ausführungsform beschränkt und können geändert werden. Beispielsweise kann der Topographiesensor 35 in einem anderen Teil als dem Seitenteil des Drehkörpers 13 angeordnet sein. Der Topographiesensor 35 ist nicht auf eine LIDAR-Vorrichtung beschränkt und kann eine andere Sensorvorrichtung wie z. B. eine Radarvorrichtung oder ähnliches sein. Alternativ kann der Topographiesensor 35 eine Kamera sein, und die Steuereinrichtung 27 kann die Topographie erkennen, indem er die von der Kamera aufgenommenen Bilder analysiert.
Die erste Kamera 36 kann in einem anderen Teil als dem vorderen Teil des Drehkörpers 13 angeordnet werden. Die zweiten Kameras 37 können in einem anderen Teil als den beiden Seitenteilen und dem hinteren Teil des Drehkörpers 13 angeordnet werden. Die Anzahl der zweiten Kameras ist nicht auf drei begrenzt und kann weniger als drei oder mehr als drei betragen.
Die Steuereinrichtung 27 ist nicht auf eine Einheit beschränkt und kann in mehrere Steuereinrichtungen 27 unterteilt werden. Die von der Steuereinrichtung 27 ausgeführte Verarbeitung kann auf die mehreren Steuereinrichtungen 27 aufgeteilt und von diesen ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann ein Teil der mehreren Steuereinrichtungen 27 außerhalb der Arbeitsmaschine 1 angeordnet werden.
Die Steuereinrichtung 27 der Arbeitsmaschine 1 und die Steuereinrichtung 61 des Förderfahrzeugs 2 kommunizieren möglicherweise nicht direkt miteinander und können über eine andere Steuereinrichtung kommunizieren. Die von der Steuereinrichtung 27 ausgeführte Verarbeitung im automatischen Steuermodus ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und kann geändert werden. Beispielsweise kann die Verarbeitung im Bereitschaftsmodus geändert werden. Die Verarbeitung im Lademodus kann geändert werden.
In der vorstehenden Ausführungsform verwendet die Steuereinrichtung 27 sowohl die ersten Bilddaten als auch die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, um die Annäherung und den Rückzug des Förderfahrzeugs 2 zu bestimmen. Die Steuereinrichtung 27 kann jedoch möglicherweise nur eines von den ersten Bilddaten und den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 verwenden, um die Annäherung und/oder den Rückzug des Förderfahrzeugs 2 zu bestimmen.
In der vorstehenden Ausführungsform verwendet die Steuereinrichtung 27 sowohl die ersten Bilddaten als auch die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, um zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug 2 an der Ladeposition L2 gestoppt ist. Die Steuereinrichtung 27 kann jedoch möglicherweise nur eines von den ersten Bilddaten und den Positionsdaten des Förderfahrzeugs verwenden, um zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt ist.
In der vorstehenden Ausführungsform verwendet die Steuereinrichtung 27 sowohl die ersten Bilddaten als auch die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, um die Position der Ladefläche 53 zu erfassen. Die Steuereinrichtung 27 darf jedoch nur eines von den ersten Bilddaten und den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 verwenden, um die Position der Ladefläche 53 zu erfassen.
In der vorstehenden Ausführungsform berechnet die Steuereinrichtung 27 das mögliche Ladungsgewicht auf der Grundlage der von den Lastsensoren 32a bis 32c erfassten Lastdaten. Die Steuereinrichtung 27 kann jedoch das mögliche Ladegewicht auf der Grundlage des Bildes der Ladefläche 53 berechnen, das durch die ersten Bilddaten angezeigt wird. Die Steuereinrichtung 27 kann die Menge der auf der Ladefläche 53 geladenen Materialien aus dem Bild der Ladefläche 53, das durch die ersten Bilddaten gekennzeichnet ist, erkennen, um das mögliche Ladegewicht aus der Menge der geladenen Materialien zu berechnen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Ladearbeiten durch die Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung durchzuführen und die Arbeitsmaschine und das Förderfahrzeug in geeigneter Weise zu koordinieren.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitsmaschine
2: Förderfahrzeug
12: Arbeitsgerät
13: Drehkörper
27: Steuereinrichtung
35: Topographiesensor
36: Erste Kamera
53: Ladefläche
63: Positionssensor
L2: Ladeposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000192514 [0004]

Claims

System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt, wobei das System umfasst: eine Erfassungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen Betrieb des Förderfahrzeugs zu erfassen; und eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Arbeitsmaschine eingerichtet ist, wobei die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät, und einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und die Steuereinrichtung eingerichtet ist um Betriebsdaten, die für den Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind, von der Erfassungsvorrichtung zu erfassen, zu veranlassen, dass sich der Drehkörper zu einer vorbestimmten Entladeposition hin dreht, auf der Grundlage der Betriebsdaten zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist, zu veranlassen, dass das Arbeitsgerät an der Entladeposition in Bereitschaft wartet, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug in Betrieb ist, und die Arbeitsmaschine zu steuern, Materialien an der Entladeposition zu entladen, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Kamera umfasst, die eingerichtet ist, um eine Peripherie der Arbeitsmaschine aufzunehmen, und die Betriebsdaten Bilddaten enthalten, die für ein von der Kamera erfasstes bewegtes Bild der Peripherie der Arbeitsmaschine kennzeichnend sind.
System nach Anspruch 2, wobei das Förderfahrzeug einen Positionssensor umfasst, der eingerichtet ist, um eine Position des Förderfahrzeugs zu erfassen, und die Betriebsdaten Positionsdaten enthalten, die für eine vom Positionssensor erfasste Position des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind.
System nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die Arbeitsmaschine gestoppt oder in Betrieb ist, auf der Grundlage der Bilddaten zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug gestoppt ist, wenn bestimmt wird, dass die Arbeitsmaschine gestoppt ist, und auf der Grundlage der Positionsdaten zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug gestoppt ist, wenn bestimmt wird, dass die Arbeitsmaschine in Betrieb ist.
System nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Position einer Ladefläche des Förderfahrzeugs auf der Grundlage der Positionsdaten zu berechnen, eine Position der Ladefläche des Förderfahrzeugs auf der Grundlage der Bilddaten zu berechnen, und die Entladeposition auf der Grundlage der aus den Bilddaten berechneten Position der Ladefläche zu modifizieren, wenn ein Fehler zwischen der aus den Positionsdaten berechneten Position der Ladefläche und der aus den Bilddaten berechneten Position der Ladefläche größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt, wobei das System umfasst: eine Erfassungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen Betrieb des Förderfahrzeugs zu erfassen; und eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Arbeitsmaschine eingerichtet ist, wobei die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät, einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und einen Topographiesensor, der eingerichtet ist, um eine Topographie in einer Peripherie der Arbeitsmaschine zu messen, und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um Topographiedaten zu erfassen, die für die vom Topographiesensor gemessene Topographie kennzeichnend sind, eine Grabungsstartposition auf der Grundlage der vom Topographiesensor gemessenen Topographie zu bestimmen, Betriebsdaten, die für einen Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind, von der Erfassungsvorrichtung zu erfassen, den Drehkörper zu veranlassen, sich beim Erfassen einer Annäherung des Förderfahrzeugs zu der Grabungsstartposition hin zu drehen, das Arbeitsgerät zu steuern, um das Graben an der Grabungsstartposition durchzuführen, auf der Grundlage der Betriebsdaten zu bestimmen, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist, und die Arbeitsmaschine zum Entladen von Materialien zu steuern, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.
System nach Anspruch 6, wobei der Topographiesensor an dem Drehkörper angebracht ist, und die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob der Drehkörper gestoppt oder in Betrieb ist, und eine Topographie durch den Topographiesensor zu messen, wenn bestimmt wird, dass der Drehkörper gestoppt ist.
Verfahren, das von einer Steuereinrichtung ausgeführt wird, um eine Arbeitsmaschine zu steuern, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt, wobei die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät, und einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und wobei das Verfahren umfasst: Erfassen von Betriebsdaten, die für einen Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind; Veranlassen, dass sich der Drehkörper zu einer vorbestimmten Entladeposition hin dreht; Bestimmen auf der Grundlage der Betriebsdaten, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist, Veranlassen, dass das Arbeitsgerät an der Entladeposition in Bereitschaft wartet, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug in Betrieb ist; und Steuern der Arbeitsmaschine zum Entladen von Materialien an der Entladeposition, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Betriebsdaten Bilddaten enthalten, die für ein bewegtes Bild einer Peripherie der Arbeitsmaschine kennzeichnend sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Betriebsdaten Positionsdaten enthalten, die für eine Position des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Bestimmen, ob die Arbeitsmaschine gestoppt oder in Betrieb ist, wobei die Bestimmung, ob das Förderfahrzeug gestoppt ist, umfasst: Bestimmen auf der Grundlage der Bilddaten, ob das Förderfahrzeug gestoppt ist, wenn bestimmt wird, dass die Arbeitsmaschine gestoppt ist, und Bestimmen auf der Grundlage der Positionsdaten, ob das Förderfahrzeug gestoppt ist, wenn bestimmt wird, dass die Arbeitsmaschine in Betrieb ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Berechnen einer Position einer Ladefläche des Förderfahrzeugs auf der Grundlage der Positionsdaten; Berechnen einer Position der Ladefläche des Förderfahrzeugs auf der Grundlage der Bilddaten; und Modifizieren der Entladeposition auf der Grundlage der aus den Bilddaten berechneten Position der Ladefläche, wenn ein Fehler zwischen der aus den Positionsdaten berechneten Position der Ladefläche und der aus den Bilddaten berechneten Position der Ladefläche größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Verfahren, das von einer Steuereinrichtung ausgeführt wird, um eine Arbeitsmaschine zu steuern, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt, wobei die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät, und einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und wobei das Verfahren umfasst: Erfassen von Topographiedaten, die für eine Topographie in einer Peripherie der Arbeitsmaschine kennzeichnend sind; Bestimmen einer Grabungsstartposition auf der Grundlage der Topographiedaten; Erfassen von Betriebsdaten, die für einen Betrieb des Förderfahrzeugs kennzeichnend sind; Veranlassen, dass sich der Drehkörper zu der Grabungsstartposition hin dreht, wenn eine Annäherung des Förderfahrzeugs erfasst wird; Steuern des Arbeitsgeräts, um das Graben an der Grabungsstartposition durchzuführen; Bestimmen basierend auf den Betriebsdaten, ob das Förderfahrzeug an einer vorbestimmten Ladeposition gestoppt ist, und Steuern der Arbeitsmaschine zum Entladen von Materialien, wenn bestimmt wird, dass das Förderfahrzeug an der Ladeposition gestoppt ist.