DE112019002957T5

DE112019002957T5 - Steuervorrichtung und steuerverfahren für eine lademaschine

Info

Publication number: DE112019002957T5
Application number: DE112019002957.6T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Konda; Kazuhiro Hatake
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US11976438B2; JP7481422B2; JP7197310B2; WO2020044837A1; CN112513377A; US20210254304A1; CN112513377B; JP2023021362A; JP2020033826A

Abstract

In einer Steuervorrichtung einer Lademaschine empfängt eine Betriebssignaleingabeeinheit eine Eingabe eines Ladebefehlssignals von einem Bediener. In einem Fall, in dem eine Betriebssignalausgabeeinheit ein Ladebefehlssignal empfangen hat, werden Betriebssignale eines Arbeitsgeräts und eines Schwenkkörpers zum Bewegen eines Löffels zu einem Ladepunkt ausgegeben. Die Betriebssignalausgabeeinheit gibt ein Entladungsbetriebssignal zum Entladen des Löffels aus, wenn der Schwenkkörper einer Entladungsbeginn-Azimutrichtung zugewandt ist, die in einer Schwenkrichtung näher am Schwenkkörper liegt als eine Endpunkt-Azimutrichtung, die eine Azimutrichtung ist, in die der Schwenkkörper weist, wenn das Arbeitsgerät am Ladepunkt positioniert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Lademaschine und ein Steuerungsverfahren dafür.
Es wird die Priorität der am 31. August 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-163417 beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Patentliteratur 1 offenbart eine Technik, die sich auf die automatische Ladesteuerung einer Lademaschine bezieht. Die automatische Ladesteuerung umfasst eine Steuerung, die durchgeführt wird, um einen Löffel zu einem Ladepunkt zu bewegen, indem die Bestimmung des Ladepunkts von einem Bediener oder dergleichen einer Lademaschine durch eine Steuervorrichtung empfangen wird und indem ein Betrieb der Lademaschine und des Arbeitsgeräts unter Verwendung der Steuervorrichtung gesteuert wird. Gemäß der Technik der Patentliteratur 1 speichert die Steuervorrichtung eine Zeitreihe einer Position des Arbeitsgeräts im Voraus und betreibt das Arbeitsgerät entsprechend der Zeitreihe.
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1
Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. H09-256407
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik fährt das Arbeitsgerät automatisch zu der im Voraus gespeicherten Ladestelle, und die Entladung erfolgt an der Ladestelle. Darüber hinaus besteht der Wunsch, die Zykluszeit beim automatischen Laden zu verkürzen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine Lademaschine und ein Steuerungsverfahren bereitzustellen, die eine Zykluszeit bei der automatischen Ladesteuerung verkürzen können.
Lösung des Problems
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Steuervorrichtung einer Lademaschine bereit, die einen Schwenkkörper, der um einen Schwenkmittelpunkt schwingt, und ein Arbeitsgerät umfasst, das einen Löffel aufweist und an dem Schwenkkörper angebracht ist, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Betriebssignaleingabeeinheit, die konfiguriert ist, um eine Eingabe eines Ladebefehlssignals von einem Bediener zu empfangen und eine Betriebssignalausgabeeinheit, die konfiguriert ist, um Betriebssignale des Arbeitsgeräts und des Schwenkkörpers auszugeben, um den Löffel in eine Ladeposition oberhalb eines Ladeziels in einem Fall zu bewegen, in dem das Ladebefehlssignal empfangen wird, und ein Entladungsbetriebssignal ausgibt, um ein Entladen des Löffels durchzuführen, wenn der Schwenkkörper einer Entladungsbeginn-Azimutrichtung zugewandt ist, die näher an dem Schwenkkörper in einer Schwenkrichtung liegt als eine Endpunkt-Azimutrichtung, die eine Azimutrichtung ist, in die der Schwenkkörper weist, wenn das Arbeitsgerät an der Ladeposition positioniert ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt kann die Lademaschinen-Steuerungsvorrichtung die Zykluszeit bei der automatischen Ladesteuerung verkürzen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Lademaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Löffelweg gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein automatisches Ladesteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das das automatische Ladesteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
«Konfiguration der Lademaschine»
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Lademaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Eine Lademaschine 100 ist eine Arbeitsmaschine zum Verladen von Erde zu einer Ladestelle, wie z. B. einem Transportfahrzeug. Die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Hydraulikbagger. Die Lademaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine andere Lademaschine als der Hydraulikbagger sein. Darüber hinaus ist die in 1 gezeigte Lademaschine 100 zwar ein Tieflöffelbagger, kann aber auch ein Hochlöffelbagger oder ein Seilbagger sein.
Die Lademaschine 100 umfasst einen Unterwagen 110, einen vom Unterwagen 110 getragenen Schwenkkörper 120 und ein durch hydraulischen Druck betätigtes und vom Schwenkkörper 120 getragenes Arbeitsgerät 130. Der Schwenkkörper 120 ist schwenkbar um einen Schwenkmittelpunkt gelagert.
Das Arbeitsgerät 130 umfasst einen Ausleger 131, einen Arm 132, einen Löffel 133, einen Auslegerzylinder 134, einen Armzylinder 135, einen Löffelzylinder 136, einen Auslegerwinkelsensor 138, einen Armwinkelsensor 139 und einen Löffelwinkelsensor 140.
Ein Basisendabschnitt des Auslegers 131 ist über einen Stift bzw. Bolzen am Schwenkkörper 120 befestigt.
Der Arm 132 verbindet den Ausleger 131 und den Löffel 133 miteinander. Ein Basisendabschnitt des Arms 132 ist über einen Bolzen an einem Spitzenendabschnitt des Auslegers 131 befestigt.
Der Löffel 133 weist eine Kante zum Ausheben von Erde oder Ähnlichem und einen Behälter zum Transport der ausgehobenen Erde auf. Ein Basisendabschnitt des Löffels 133 ist über einen Bolzen am Spitzenendabschnitt des Arms 132 befestigt.
Der Auslegerzylinder 134 ist ein Hydraulikzylinder zur Betätigung des Auslegers 131. Ein Basisendabschnitt des Auslegerzylinders 134 ist am Schwenkkörper 120 befestigt. Ein Spitzenendabschnitt des Auslegerzylinders 134 ist am Ausleger 131 befestigt.
Der Armzylinder 135 ist ein Hydraulikzylinder zum Antrieb des Arms 132. Ein Basisendabschnitt des Armzylinders 135 ist am Ausleger 131 befestigt. Ein Spitzenendabschnitt des Armzylinders 135 ist am Arm 132 befestigt.
Der Löffelzylinder 136 ist ein Hydraulikzylinder zum Antrieb des Löffels 133. Ein Basisendabschnitt des Löffelzylinders 136 ist am Arm 132 befestigt. Ein Spitzenendabschnitt des Löffelzylinders 136 ist an einem Verbindungsmechanismus befestigt, der den Löffel 133 dreht.
Der Auslegerwinkelsensor 138 misst den Hubbetrag des Auslegerzylinders 134. Der Hubbetrag des Auslegerzylinders 134 kann in den Neigungswinkel des Auslegers 131 in Bezug auf den Schwenkkörper 120 umgerechnet werden. Im Folgenden wird der Neigungswinkel in Bezug auf den Schwenkkörper 120 auch als absoluter Winkel bezeichnet. Mit anderen Worten, der Hubbetrag des Auslegerzylinders 134 kann in den Absolutwinkel des Auslegers 131 umgerechnet werden.
Der Armwinkelsensor 139 misst den Hubbetrag des Armzylinders 135. Der Hubbetrag des Armzylinders 135 kann in den Neigungswinkel des Arms 132 in Bezug auf den Ausleger 131 umgerechnet werden. Im Folgenden wird der Neigungswinkel des Arms 132 in Bezug auf den Ausleger 131 auch als Relativwinkel des Arms 132 bezeichnet.
Der Löffelwinkelsensor 140 misst den Hubbetrag des Löffelzylinders 136. Der Hubbetrag des Löffelzylinders 136 kann in den Neigungswinkel des Löffels 133 in Bezug auf den Arm 132 umgerechnet werden. Im Folgenden wird der Neigungswinkel des Löffels 133 in Bezug auf den Arm 132 auch als Relativwinkel des Löffels 133 bezeichnet.
Die Lademaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform kann anstelle des Auslegerwinkelsensors 138, des Armwinkelsensors 139 und des Löffelwinkelsensors 140 einen Winkelsensor enthalten, der einen Neigungswinkel in Bezug auf die horizontale Ebene oder einen Neigungswinkel in Bezug auf den Schwenkkörper 120 erfasst.
Der Schwenkkörper 120 ist mit einer Kabine 121 versehen. In der Kabine 121 sind ein Fahrersitz 122 für einen Bediener, eine Bedienungsvorrichtung 123 zum Betreiben der Lademaschine 100 und eine Erfassungsvorrichtung 124 zum Erfassen einer dreidimensionalen Position eines Objekts, das in einer Erfassungsrichtung existiert, vorgesehen. Die Bedienungsvorrichtung 123 erzeugt ein Hebebetriebssignal und ein Absenkbetriebssignal des Auslegers 131, ein Vorschubbetriebssignal und ein Ziehbetriebssignal des Arms 132, ein Neigungsbetriebssignal und ein Aushubbetriebssignal des Löffels 133 sowie ein Schwenkbetriebssignal nach links und rechts des Schwenkkörpers 120 in Abhängigkeit von der Bedienung durch den Bediener und gibt die erzeugten Signale an die Steuervorrichtung 128 aus. Darüber hinaus erzeugt die Bedienungsvorrichtung 123 ein Ladebefehlssignal, um das Arbeitsgerät 130 zu veranlassen, die automatische Ladesteuerung in Übereinstimmung mit der Bedienung des Bedieners zu starten, und gibt das erzeugte Ladebefehlssignal an die Steuervorrichtung 128 aus. Die Bedienungsvorrichtung 123 ist z. B. mit einem Hebel, einem Schalter und einem Pedal ausgestattet. Das Ladebefehlssignal wird durch die Betätigung eines automatischen Steuerschalters erzeugt. Wenn der Schalter z. B. auf EIN steht, wird ein Ladebefehlssignal ausgegeben. Die Bedienungsvorrichtung 123 ist in der Nähe des Fahrersitzes 122 angeordnet. Die Bedienungsvorrichtung 123 ist in einem Bereich positioniert, der von dem Bediener bedient werden kann, wenn dieser auf dem Fahrersitz 122 Platz nimmt.
Beispiele für die Erfassungsvorrichtung 124 sind eine Stereokamera, ein Laserscanner und ein Ultrabreitband (UWB)-Distanzmessgerät. Die Erfassungsvorrichtung 124 ist so vorgesehen, dass die Erfassungsrichtung z. B. auf die Vorderseite der Kabine 121 der Lademaschine 100 gerichtet ist. Die Erfassungsvorrichtung 124 gibt die dreidimensionale Position des Objekts in einem Koordinatensystem an, wobei die Position der Erfassungsvorrichtung 124 als Referenz dient.
Darüber hinaus wird die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch die Bedienung des Bedieners, der auf dem Fahrersitz 122 sitzt, betrieben, ist aber in einer anderen Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Lademaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform durch die Übertragung eines Betriebssignals oder eines Ladebefehlssignals durch eine Fernbedienung eines Bedieners, der außerhalb der Lademaschine 100 arbeitet, bedient werden.
Die Lademaschine 100 enthält einen Positions- und Azimutrichtungsrechner 125, ein Neigungsmessgerät 126, eine Hydraulikvorrichtung 127 und die Steuervorrichtung 128.
Der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 berechnet eine Position des Schwenkkörpers 120 und eine Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 zeigt. Der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 enthält zwei Empfänger, die Positionssignale von künstlichen Satelliten empfangen, die ein GNSS konfigurieren. Die beiden Empfänger sind jeweils an unterschiedlichen Positionen am Schwenkkörper 120 montiert. Basierend auf dem von den Empfängern empfangenen Positionierungssignal ermittelt der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 die Position des repräsentativen Punktes (des Ursprungs des Baggerkoordinatensystems) des Schwenkkörpers 120 in einem Feldkoordinatensystem.
Der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 berechnet die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, als Verhältnis zwischen einer Installationsposition des einen Empfängers und einer Installationsposition des anderen Empfängers unter Verwendung jedes von den beiden Empfängern empfangenen Positionssignals. Die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, ist die nach vorne gerichtete Richtung des Schwenkkörpers 120 und entspricht einer horizontalen Komponente der Erstreckungsrichtung einer Geraden, die sich vom Ausleger 131 des Arbeitsgeräts 130 zum Löffel 133 erstreckt.
Das Neigungsmessgerät 126 misst eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 und erkennt anhand des Messergebnisses die Lage (z. B. Roll- und Nickwinkel) des Schwenkkörpers 120. Das Neigungsmessgerät 126 ist z. B. an einer Unterseite des Schwenkkörpers 120 angebracht. Als Neigungsmessgerät 126 kann z. B. eine Inertialmesseinheit (IMU) verwendet werden.
Die Hydraulikvorrichtung 127 umfasst einen Hydrauliköltank, eine Hydraulikpumpe und ein Stromregelventil. Die Hydraulikpumpe wird durch die Kraft eines Motors (nicht dargestellt) angetrieben und versorgt einen Fahrhydraulikmotor (nicht dargestellt), der den Unterwagen 110 über das Stromregelventil bewegt, einen Schwenkhydraulikmotor (nicht dargestellt), der den Schwenkkörper 120, den Auslegerzylinder 134, den Armzylinder 135 und den Löffelzylinder 136 schwenkt, mit Hydrauliköl. Das Stromregelventil umfasst einen stabförmigen Schieber und regelt die Durchflussmenge des Hydrauliköls, das dem Fahrhydraulikmotor, dem Schwenkhydraulikmotor, dem Auslegerzylinder 134, dem Armzylinder 135 und dem Löffelzylinder 136 zugeführt wird, entsprechend der Position des Schiebers. Der Steuerkolben wird auf der Grundlage eines von der Steuervorrichtung 128 empfangenen Steuerbefehls angetrieben. Mit anderen Worten wird die Menge des Hydrauliköls, die dem Fahrhydraulikmotor, dem Schwenkhydraulikmotor, dem Auslegerzylinder 134, dem Armzylinder 135 und dem Löffelzylinder 136 zugeführt wird, von der Steuervorrichtung 128 gesteuert. Wie zuvor beschrieben, werden der Auslegerzylinder 134, der Armzylinder 135 und der Löffelzylinder 136 durch das Hydrauliköl angetrieben, das von der gemeinsamen Hydraulikvorrichtung 127 zugeführt wird. In einem Fall, in dem der Fahrhydraulikmotor oder der Schwenkhydraulikmotor ein Taumelscheiben-Verstellmotor ist, kann die Steuervorrichtung 128 die Drehgeschwindigkeit durch den Neigungswinkel der Taumelscheibe einstellen.
Die Steuervorrichtung 128 empfängt das Betriebssignal von der Bedienungsvorrichtung 123. Die Steuervorrichtung 128 steuert das Arbeitsgerät 130, den Schwenkkörper 120 oder den Unterwagen 110 auf der Grundlage des empfangenen Betriebssignals an.
«Konfiguration der Steuervorrichtung»
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Steuervorrichtung 128 ist ein Computer mit einem Prozessor 1100, einem Hauptspeicher 1200, einem Speicher 1300 und einer Schnittstelle 1400. Der Speicher 1300 speichert ein Programm. Der Prozessor 1100 liest das Programm aus dem Speicher 1300, entwickelt das Programm im Hauptspeicher 1200 und führt die Verarbeitung gemäß dem Programm aus.
Beispiele für den Speicher 1300 sind HDDs, SSDs, Magnetplatten, magneto-optische Platten, CD-ROMs, DVD-ROMs und dergleichen. Der Speicher 1300 kann ein internes Medium sein, das direkt mit einer gemeinsamen Kommunikationsleitung der Steuervorrichtung 128 verbunden ist, oder er kann ein externes Medium sein, das über die Schnittstelle 1400 mit dem Steuergerät 128 verbunden ist. Der Speicher 1300 ist ein materielles nichtflüchtiges Speichermedium.
Der Prozessor 1100 wird von einem Programm ausgeführt und enthält eine Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101, eine Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102, eine Betriebssignaleingabeeinheit 1103, eine Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104, eine Ladepositionsbestimmungseinheit 1105, eine Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106, eine Bewegungsverarbeitungseinheit 1107, eine Entladungsbeginn-Azimut-Richtungsberechnungseinheit 1108, eine Bereichsbestimmungseinheit 1109 und eine Betriebssignalausgabeeinheit 1110.
Die Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfasst die Schwenkgeschwindigkeit, die Position und die Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120, die Neigungswinkel des Auslegers 131, des Arms 132 und des Löffels 133 sowie die Stellung des Schwenkkörpers 120. Nachfolgend werden die von der Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfassten Informationen über die Lademaschine 100 als Fahrzeuginformationen bezeichnet.
Die Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102 erfasst dreidimensionale Positionsinformationen von der Erfassungsvorrichtung 124 und gibt die Position und Form des Ladeziels 200 (z. B. eines Transportfahrzeugs oder eines Schüttgutbehälters) an.
Die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 empfängt eine Eingabe des Betriebssignals von der Bedienungsvorrichtung 123. Das Betriebssignal umfasst das Hebebetriebssignal und das Absenkbetriebssignal des Auslegers 131, das Schiebebetriebssignal und das Zugbetriebssignal des Arms 132, das Absenkbetriebssignal und das Aushubbetriebssignal des Löffels 133, das Schwenkbetriebssignal des Schwenkkörpers 120, das Fahrbetriebssignal des Unterwagens 110 und das Ladebefehlssignal der Lademaschine 100. Das Aushubbetriebssignal des Löffels 133 ist ein Beispiel für das Aushubbetriebssignal.
Basierend auf den Fahrzeuginformationen, die von der Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfasst werden, gibt der Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 eine Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 im Baggerkoordinatensystem und eine Höhe Hb vom Spitzenende des Arms 132 bis zum tiefsten Durchgangspunkt des Löffels 133 an. Der tiefste Durchgangspunkt des Löffels 133 ist ein Punkt, an dem die Zähne positioniert sind, wenn der Abstand zwischen den Zähnen und der Bodenoberfläche während des Entladungsvorgangs des Löffels 133 am geringsten ist. Mit anderen Worten, die Höhe Hb von der Spitze des Arms 132 bis zum tiefsten Durchgangspunkt des Löffels 133 fällt mit der Länge vom Bolzen am unteren Endabschnitt des Löffels 133 bis zu den Zähnen zusammen.
Insbesondere bestimmt die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132, wenn die Eingabe des Ladebefehlssignals empfangen wird, als eine Aushubabschlussposition P10. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Löffelweg gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Konkret legt die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 die Position P des Spitzenendabschnitts des Auslegers 132 durch das folgende Verfahren fest. Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 erhält die Position des Spitzenendabschnitts des Auslegers 131 auf der Grundlage des Absolutwinkels des Auslegers 131, der aus dem Hubbetrag des Auslegerzylinders 134 gewonnen wird, und der bekannten Länge (Abstand von dem Bolzen am Basisendabschnitt zu dem Bolzen am Spitzenendabschnitt) des Auslegers 131. Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 ermittelt den Absolutwinkel des Arms 132 basierend auf dem Absolutwinkel des Auslegers 131 und dem Relativwinkel des Arms 132, der aus dem Hubbetrag des Armzylinders 135 gewonnen wird. Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 ermittelt die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 basierend auf der Position des Spitzenendabschnitts des Auslegers 131, dem Absolutwinkel des Arms 132 und der bekannten Länge (Abstand vom Bolzen am Basisendabschnitt zum Bolzen am Spitzenendabschnitt) des Arms 132.
Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 bestimmt eine Ladeposition P13 basierend auf der Position und Form des Ladeziels 200, die von der Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102 in einem Fall bestimmt wird, in dem das Ladebefehlssignal in die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eingegeben wird. Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 wandelt einen Ladepunkt P21, der durch die Positionsinformation des Ladeziels 200 angegeben wird, vom Feldkoordinatensystem in das Baggerkoordinatensystem auf der Grundlage der Position, der Azimutrichtung und der Stellung des Schwenkkörpers 120, die durch die Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfasst werden, um. Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 legt den bestimmten Ladepunkt P21 als eine ebene Position der Ladeposition P13 fest. Mit anderen Worten befindet sich das Spitzenende des Arms 132 über dem Ladepunkt P21, wenn das Spitzenende des Arms 132 an der Ladeposition P13 positioniert ist. Beispiele für den Ladepunkt P21 sind der Mittelpunkt des Behälters in einem Fall, in dem das Ladeziel 200 ein Muldenkipper ist, und der Mittelpunkt der Öffnung in einem Fall, in dem das Ladeziel 200 ein Trichter ist. Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 bestimmt eine Höhe der Ladeposition P13, indem sie die Höhe Hb vom Spitzenende des Arms 132, die von der Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 bestimmt wird, zum niedrigsten Punkt der Löffel 133 und die Höhe für die Steuerspanne des Löffels 133 zu einer Höhe Ht des Ladeziels 200 addiert. In einer anderen Ausführungsform kann die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 die Ladeposition P13 angeben, ohne die Höhe für die Steuerspanne zu addieren. Mit anderen Worten, die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 kann die Höhe der Ladeposition P13 angeben, indem sie die Höhe Hb zur Höhe Ht addiert. Die Höhe Ht gemäß der ersten Ausführungsform ist die Höhe vom Boden bis zur Oberseite des Behälters.
Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106 bestimmt eine Störungsvermeidungsposition P12, die ein Punkt ist, an dem sich die Arbeitsvorrichtung 130 und das Ladeziel 200 in einer Draufsicht von oben nicht gegenseitig stören, basierend auf der Ladeposition P13, die von der Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 bestimmt wurde, der Position der Lademaschine 100, die von der Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfasst wurde, und der Position und Form des Ladeziels 200, die von der Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102 bestimmt wurde. Die Störungsvermeidungsposition P12 ist eine Position, deren Höhe die gleiche Höhe wie die der Ladeposition P13 ist, der Abstand von der Schwenkmitte des Schwenkkörpers 120 ist gleich dem Abstand von der Schwenkmitte zur Ladeposition P13, und das Ladeziel 200 befindet sich nicht unterhalb dieser Position. Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106 bestimmt beispielsweise einen Kreis, dessen Mitte der Schwenkmittelpunkt des Schwenkkörpers 120 ist und dessen Radius der Abstand zwischen dem Schwenkmittelpunkt und der Ladeposition P13 ist, und bestimmt unter den Positionen auf dem Kreis eine Position, an der die äußere Form des Löffels 133 das Ladeziel 200 in einer Draufsicht von oben nicht stört und die der Ladeposition P13 am nächsten ist, als die Störungsvermeidungsposition P12. Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106 kann anhand der Position und Form des Ladeziels 200 und der bekannten Form des Löffels 133 bestimmen, ob sich das Ladeziel 200 und der Löffel 133 gegenseitig behindern oder nicht. Hier sind die Begriffe „gleiche Höhe“ und „die Abstände sind gleich“ nicht notwendigerweise auf Fälle beschränkt, in denen die Höhen oder Abstände vollständig übereinstimmen und in denen einige Fehler und Spielräume zulässig sind.
In einem Fall, in dem die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 die Eingabe des Ladebefehlssignals empfängt, erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Drehbetriebssignal zum Bewegen des Löffels 133 zur Ladeposition P13 basierend auf der Ladeposition P13, die durch die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 bestimmt wurde, und der Störungsvermeidungsposition P12, die durch die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106 bestimmt wurde. Mit anderen Worten, die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 erzeugt das Drehbetriebssignal, um die Ladeposition P13 von der Aushubabschlussposition P10 über eine Schwenkstartposition P11 und die Störungsvermeidungsposition P12 zu erreichen. Ferner erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Drehbetriebssignal des Löffels 133 so, dass sich ein Bodenwinkel des Löffels 133 nicht ändert, selbst wenn der Ausleger 131 und der Arm 132 gesteuert werden. Das von der Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 erzeugte Betriebssignal ist ein Signal für den Antrieb mit einer Stärke, die mit dem in die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eingegebenen Betriebssignal in Beziehung steht, wenn der Hebel oder das Pedal der Bedienungsvorrichtung 123 mit der maximalen Betriebsstärke betätigt wird. Die Antriebsstärke ist z. B. die Hydraulikölmenge oder der Öffnungsgrad des Steuerkolbens.
In einem Fall, in dem die Lademaschine 100 durch den Fernbetrieb angetrieben wird, kann das von der Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 erzeugte Betriebssignal ein Signal für den Antrieb mit einer Stärke sein, die größer ist als der Antriebsstärke bezogen auf die maximale Betriebsstärke. Dies liegt daran, dass die Lademaschine 100, die sich auf den Fernbetrieb bezieht, nicht durch den Fahrkomfort des Bedieners begrenzt ist, während die Lademaschine 100, die sich auf einen bemannten Betrieb bezieht, aufgrund des Fahrkomforts des Bedieners durch die maximale Betriebsstärke (Betriebsbetrag) der Bedienungsvorrichtung 123 begrenzt ist.
Die Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit 1108 berechnet die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 auf der Grundlage der Position des Ladeziels 200, der Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 und der Entladungsverzögerungszeit zwischen dem Ausgabezeitpunkt des Entladungsbefehls des Löffels 133 und dem Zeitpunkt, an dem die Erde entladen wird. Die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 ist eine Azimutrichtung, in der Erde am Ladeziel 200 entladen wird, ohne verschüttet zu werden, wenn der Entladungsbefehl ausgegeben wird, wenn der Schwenkkörper 120 während des Schwenkens des Schwenkkörpers 120 der Azimutrichtung zugewandt ist. Die Entladungsverzögerungszeit des Löffels 133 ist für jedes Modell der Lademaschine 100 bekannt.
Zum Beispiel berechnet die Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit 1108 die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 gemäß dem folgenden Verfahren. Die Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit 1108 berechnet die Ankunftszeit der Erde, zu der die Erde aus dem Löffel 133 am Ladeziel 200 ankommt, basierend auf dem Abstand zwischen dem tiefsten Punkt des Löffels 133 und dem Ladeziel 200. Die Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit 1108 berechnet einen Entladungsschwenkwinkel θ durch Multiplikation der Schwenkgeschwindigkeit mit der Summe aus der Entladungsverzögerungszeit und der Ankunftszeit der Erde. In einer Draufsicht von oben berechnet die Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit 1108 die nur um den Entladungsschwenkwinkel θ gedrehte Azimutrichtung zu einer dem Schwenkkörper in Schwenkrichtung näheren Seite als Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 aus einer Azimutrichtung D1, in die der Schwenkkörper 120 weist, wenn die gesamte Breite der Zähne des Löffels 133 das Ladeziel 200 überlappt.
Die Bereichsbestimmungseinheit 1109 bestimmt, ob die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, in einem ersten Bereich R1 liegt, in dem der entladevorgang nicht ausgeführt wird, oder in einem zweiten Bereich R2, in dem der entladevorgang ausgeführt wird. Der erste Bereich R1 ist ein Bereich von der Azimutrichtung (Startpunkt-Azimutrichtung), in die der Schwenkkörper 120 weist, wenn die Eingabe des Ladebefehlssignals empfangen wird, bis zur Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0. Der zweite Bereich R2 ist ein Bereich von der Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 bis zu einer Azimutrichtung (Endpunkt-Azimutrichtung), in die der Schwenkkörper 120 weist, wenn die Arbeitsvorrichtung 130 an der Ladeposition P13 positioniert ist. Die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 ist in Schwenkrichtung immer näher am Schwenkkörper positioniert als die Endpunkt-Azimutrichtung.
Die Betriebssignalausgabeeinheit 1110 gibt das in die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eingegebene Betriebssignal und das von der Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 erzeugte Betriebssignal aus. Insbesondere gibt die Betriebssignalausgabeeinheit 1110 das Betriebssignal aus, das sich auf die automatische Steuerung bezieht, die von der Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 in einem Fall erzeugt wird, in dem die automatische Ladesteuerung durchgeführt wird, und gibt das Betriebssignal aus, das sich auf die manuelle Bedienung durch den Bediener bezieht, die in die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eingegeben wird, in einem Fall, in dem die automatische Ladesteuerung nicht durchgeführt wird.
«Betrieb»
Wenn der Bediener der Lademaschine 100 feststellt, dass sich die Lademaschine 100 und das Ladeziel 200 in einer Positionsbeziehung befinden, die einen Ladevorgang ermöglicht, schaltet der Bediener den automatischen Steuerschalter der Bedienungsvorrichtung 123 ein. Dementsprechend erzeugt die Bedienungsvorrichtung 123 ein Ladebefehlssignal und gibt es aus.
4 und 5 sind Flussdiagramme, die das Verfahren zur automatischen Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen. Wenn die Steuervorrichtung 128 die Eingabe des Ladebefehlssignals vom Bediener empfängt, führt sie die in den 4 und 5 dargestellte automatische Ladesteuerung aus.
Die Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfasst die Position und Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120, die Neigungswinkel des Auslegers 131, des Arms 132 und des Löffels 133, die Stellung des Schwenkkörpers 120 (Schritt S1). Die Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 bestimmt die Position des Schwenkmittelpunktes des Schwenkkörpers 120 basierend auf der erfassten Position und der Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120 (Schritt S2). Dann erfasst die Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102 die dreidimensionalen Positionsinformationen des Ladeziels 200 von der Erfassungsvorrichtung 124 und bestimmt die Position und Form des Ladeziels 200 aus den dreidimensionalen Positionsinformationen (Schritt S3).
Auf der Grundlage der Fahrzeuginformationen, die von der Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfasst wurden, bestimmt die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132, wenn das Ladebefehlssignal eingegeben wird, und die Höhe Hb vom Spitzenende des Arms 132 zum niedrigsten Durchgangspunkt des Löffels 133 (Schritt S4). Der Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 bestimmt die Position P als die Aushubabschlussposition P10.
Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 wandelt die von der Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102 erfasste Positionsinformation des Ladeziels 200 aus dem Feldkoordinatensystem in das Baggerkoordinatensystem auf der Grundlage der in Schritt S1 erfassten Position, Azimutrichtung und Stellung des Schwenkkörpers 120 um. Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 bestimmt die ebene Position der Ladeposition P13 auf der Grundlage der Position und Form des Ladeziels 200, die von der Erfassungsinformationserfassungseinheit 1102 bestimmt wurden (Schritt S5). Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Ladepositionsbestimmungseinheit 1105 die Höhe der Ladeposition P13, indem sie die Höhe Hb vom Spitzenendabschnitt des Arms 132, der in Schritt S4 bestimmt wurde, zum niedrigsten Punkt des Löffels 133 und die Höhe für die Steuerspanne des Löffels 133 zur Höhe Ht des Ladeziels 200 addiert (Schritt S6).
Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106 bestimmt den Ebenenabstand von der in Schritt S2 bestimmten Position des Schwenkmittelpunktes des Schwenkkörpers 120 zur Ebenenposition der Ladeposition P13 (Schritt S7). Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1106 bestimmt die Position, die durch den bestimmten Ebenenabstand vom Schwenkmittelpunkt getrennt ist, d. h. die Position, an der die äußere Form des Löffels 133 in einer Draufsicht von oben nicht das Ladeziel 200 stört und die der Ladeposition P13 am nächsten ist, als die Störungsvermeidungsposition P12 (Schritt S8).
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 bestimmt, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P13 erreicht hat oder nicht (Schritt S9). In einem Fall, in dem die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P13 nicht erreicht hat (Schritt S9: NEIN), bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P12 liegt oder nicht (Schritt S10). Beispielsweise bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107, ob eine Differenz zwischen der Höhe des Spitzenendes des Arms 132 und der Höhe der Störungsvermeidungsposition P12 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht, oder ob eine Differenz zwischen dem Ebenenabstand vom Schwenkmittelpunkt des Schwenkkörpers 120 zu dem Spitzenende des Arms 132 und dem Ebenenabstand vom Schwenkmittelpunkt zu der Störungsvermeidungsposition P12 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist (Schritt S10). In einem Fall, in dem die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 nicht in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P12 liegt (Schritt S10: NEIN), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Betriebssignal zum Anheben des Auslegers 131 und des Arms 132 auf die Höhe der Störungsvermeidungsposition P12 (Schritt S11). Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Betriebssignal auf der Grundlage der Positionen und Geschwindigkeiten des Auslegers 131 und des Arms 132.
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 berechnet eine Summe der Winkelgeschwindigkeiten des Auslegers 131 und des Arms 132 auf der Grundlage der erzeugten Betriebssignale des Auslegers 131 und des Arms 132 und erzeugt das Betriebssignal zum Drehen des Löffels 133 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Summe der Winkelgeschwindigkeiten (Schritt S12). Entsprechend kann die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Betriebssignal zum Halten des Bodenwinkels des Löffels 133 erzeugen. In einer anderen Ausführungsform kann die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Betriebssignal zum Drehen des Löffels 133 so erzeugen, dass der Bodenwinkel des Löffels 133, der durch Berechnung aus den erfassten Werten des Auslegerwinkelsensors 138, des Armwinkelsensors 139 und des Löffelwinkelsensors 140 erhalten wird, gleich dem Bodenwinkel wird, wenn die automatische Steuerung gestartet wird.
In einem Fall, in dem sich die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P12 befindet (Schritt S10: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 die Betriebssignale des Auslegers 131, des Arms 132 und des Löffels 133 nicht. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem sich die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P12 befindet, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 die Ausgabe des Betriebssignals des Arbeitsgeräts 130 zum Bewegen des Arbeitsgeräts 130 zum Ladepunkt.
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 bestimmt auf der Grundlage der von der Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 erfassten Fahrzeuginformationen, ob die Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 niedriger als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist oder nicht (Schritt S13). Mit anderen Worten, die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 bestimmt, ob der Schwenkkörper 120 geschwenkt wird oder nicht.
In einem Fall, in dem die Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 niedriger als die vorgegebene Geschwindigkeit ist (Schritt S13: JA), legt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 eine Anstiegszeit fest, die die Zeit ist, die benötigt wird, dass die Höhe des Löffels 133 die Höhe der Störungsvermeidungsposition P12 von der Höhe der Aushubabschlussposition P10 ausgehend erreicht (Schritt S14). In einem Fall, in dem das Schwenkbetriebssignal zum aktuellen Zeitpunkt basierend auf der Anstiegszeit des Löffels 133 ausgegeben wird, bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107, ob das Spitzenende des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P12 oder einen Punkt, der höher als die Störungsvermeidungsposition P12 ist, passieren wird oder nicht (Schritt S15). In einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P12 oder den Punkt, der höher als die Störungsvermeidungsposition P12 ist, passieren wird, wenn das Schwenkbetriebssignal zum aktuellen Zeitpunkt ausgegeben wird (Schritt S15: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Schwenkbetriebssignal (Schritt S16).
In einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 einen Punkt passiert, der niedriger als die Störungsvermeidungsposition P12 ist, wenn das Schwenkbetriebssignal zum aktuellen Zeitpunkt ausgegeben wird (Schritt S15: NEIN), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Schwenkbetriebssignal nicht. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 einen Punkt passiert, der niedriger ist als die Störungsvermeidungsposition P12, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals.
In einem Fall, in dem die Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 gleich oder höher als die vorgegebene Geschwindigkeit ist (Schritt S13: NEIN), und in einem Fall, in dem die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals zum aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird, bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107, ob das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P13 erreichen wird oder nicht (Schritt S17). Nachdem die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals gestoppt wurde, schwingt der Schwenkkörper 120 aufgrund der Trägheit weiter, während er abgebremst wird, und hält dann an. In einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P13 erreicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals zum aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S 17: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Schwenkbetriebssignal nicht. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P13 erreichen wird, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals zum aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals. Dementsprechend beginnt der Schwenkkörper 120 langsamer zu werden.
Andererseits erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 in einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 gestoppt wird, bevor es die Ladeposition P13 erreicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals zum aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S17: NEIN), das Schwenkbetriebssignal (Schritt S18).
Wenn mindestens eines der Drehbetriebssignale des Auslegers 131, des Arms 132 und des Löffels 133 und das Schwenkbetriebssignal des Schwenkkörpers 120 in dem Prozess der Schritte S9 bis S18 erzeugt wird, gibt die Betriebssignalausgabeeinheit 1110 das erzeugte Betriebssignal an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S19).
Als Nächstes berechnet die Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit 1108 die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 basierend auf der Position des Ladeziels 200, der Schwenkgeschwindigkeit und derEntladungsverzögerungszeit des Schwenkkörpers 120 (Schritt S20). Die Bereichsbestimmungseinheit 1109 bestimmt, ob die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, in dem zweiten Bereich R2 von der Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 bis zur Endpunkt-Azimutrichtung enthalten ist oder nicht (Schritt S21). In einem Fall, in dem die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, im ersten Bereich R1 enthalten ist (Schritt S21: NEIN), gibt die Betriebssignalausgabeeinheit 1110 das Entladungsbetriebssignal des Löffels 133 nicht an die Hydraulikvorrichtung 127 aus. Andererseits gibt die Betriebssignalausgabeeinheit 1110 in einem Fall, in dem die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, in dem zweiten Bereich R2 enthalten ist (Schritt S21: JA), das Entladungsbetriebssignal des Löffels 133 an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S22).
In einem Fall, in dem die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, im zweiten Bereich R2 enthalten ist, wird die Höhe des Spitzenendes des Arms 132 gleich oder höher als die Störungsvermeidungsposition P12. Dies liegt daran, dass in den Schritten S15 und S16, wenn das Spitzenende des Arms 132 in einer Draufsicht von oben an der Störungsvermeidungsposition P12 positioniert ist, die Bewegungsverarbeitungseinheit 1107 das Schwenkbetriebssignal so erzeugt, dass die Höhe des Spitzenendes des Arms 132 gleich oder höher als die Störungsvermeidungsposition P12 wird. Die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, wenn das Spitzenende des Arms 132 in einer Draufsicht von oben in der Störungsvermeidungsposition P12 positioniert ist, ist in der Schwenkrichtung näher am Schwenkkörper positioniert als die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0.
In einem Fall, in dem die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, im ersten Bereich R1 enthalten ist, ist die Höhe des Spitzenendes des Arms 132 nicht notwendigerweise auf die Höhe kleiner als die Störungsvermeidungsposition begrenzt. Beispielsweise besteht in einem Fall, in dem die Zeit, die erforderlich ist, um die Höhe des Arms 132 auf die Höhe gleich oder höher als die Störungsvermeidungsposition P12 anzuheben, kürzer ist als die Zeit, die erforderlich ist, um den Schwenkkörper 120 zu schwenken, bis das Spitzenende des Arms 132 in einer Draufsicht von oben an der Störungsvermeidungsposition P12 positioniert ist, wenn die Höhe des Spitzenendes des Arms 132 auf die Höhe gleich oder höher als die Störungsvermeidungsposition P12 ansteigt, die Möglichkeit, dass die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, in dem ersten Bereich R1 enthalten ist.
Dann erfasst die Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 die Fahrzeuginformationen (Schritt S23). Dementsprechend kann die Fahrzeuginformationserfassungseinheit 1101 die Fahrzeuginformationen nach dem Betrieb durch das ausgegebene Betriebssignal erfassen. Die Steuervorrichtung 128 kehrt zum Schritt S9 zurück und führt wiederholt die Erzeugung des Betriebssignals aus.
Andererseits beendet die Steuervorrichtung 128 in Schritt S9 die automatische Ladesteuerung, wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P13 erreicht hat (Schritt S9: JA).
Hier wird anhand von 3 ein Betrieb der Lademaschine 100 zum Zeitpunkt der automatischen Ladesteuerung beschrieben.
Wenn die automatische Ladesteuerung gestartet wird, heben sich der Ausleger 131 und der Arm 132 von der Aushubendposition P10 in Richtung der Schwenkstartposition P11. Zu diesem Zeitpunkt wird der Löffel 133 so angetrieben, dass der Bodenwinkel am Ende des Aushubs beibehalten wird.
Wenn das Spitzenende des Arms 132 in der Steuervorrichtung 128 die Schwenkstartposition P11 erreicht, beginnt der Schwenkkörper 120 in Richtung der Ladeposition P13 zu schwenken. Da das Spitzenende des Arms 132 zu diesem Zeitpunkt noch nicht die Höhe der Störungsvermeidungsposition P12 erreicht hat, steigen der Ausleger 131 und der Arm 132 weiter an. Während sich das vordere Ende des Arms 132 von der Schwenkstartposition P11 zur Störungsvermeidungsposition P12 bewegt, werden der Ausleger 131, der Arm 132 und der Löffel 133 so abgebremst, dass die Höhe des vorderen Endes des Arms 132 gleich der Störungsvermeidungsposition P12 wird.
Wenn das Spitzenende des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P12 erreicht, wird der Antrieb des Auslegers 131 und des Arms 132 gestoppt. Außerdem schwingt der Schwenkkörper 120 weiter. Mit anderen Worten bewegt sich zwischen der Störungsvermeidungsposition P12 und der Ladeposition P13 das Spitzenende des Arms 132 nur durch Schwenken des Schwenkkörpers 120, ohne dass der Ausleger 131 und der Arm 132 angetrieben werden. Während sich das Spitzenende des Arms 132 von der Schwenkstartposition P11 zur Ladeposition P13 bewegt, wird der Schwenkkörper 120 so abgebremst, dass die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 gleich der Ladeposition P13 wird.
Während sich das Spitzenende des Arms 132 von der Schwenkstartposition P11 zur Ladeposition P13 bewegt, ist der Schwenkkörper 120 der Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 zugewandt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Steuervorrichtung 128 mit der Ausgabe des Entladungsbetriebssignals an den Löffel 133. Der Schwenkkörper 120 schwingt weiter, und wenn die Entladungsverzögerungszeit ab dem Ausgabezeitpunkt des Entladungssignals verstrichen ist, beginnt der Löffel 133, sich in Entladungsrichtung zu drehen, und die Erde wird aus dem Löffel 133 entleert. Wenn der Erdauswurf beginnt, liegt die Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper 120 weist, näher am Schwenkkörper in Schwenkrichtung als die Azimutrichtung D1, in der die Breite der Zähne des Löffels 133 das Ladeziel 200 überlappt. Die aus dem Löffel abgegebene Erde erreicht nach der Ankunftszeit der Erde die Höhe des Ladeziels 200. Da die Lademaschine 100 beim Schwenken Erde auswirft, zieht die aus dem Löffel 133 abgegebene Erde durch die Trägheit eine Parabel mit einer horizontalen Geschwindigkeitskomponente in tangentialer Richtung, die der Schwenkgeschwindigkeit entspricht und näher an der anderen Seite der Schwenkrichtung liegt als der Entladungsbeginnpunkt. Mit anderen Worten, die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 ist eine Azimutrichtung, in der der Löffel 133 von unmittelbar über dem Ladeziel 200 abweicht, aber wenn der Schwenkkörper 120 die Ausgabe des Entladungsbetriebssignals startet, wenn er in die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 weist, wird Erde aufgrund der Entladungsverzögerungszeit und der horizontalen Geschwindigkeitskomponente der Erde im Ladeziel 200 aufgenommen. Daher kann die Steuervorrichtung 128 Erde auf das Ladeziel 200 laden, ohne sie zu verschütten, indem sie die Ausgabe des Entladungsbetriebssignals an den Löffel 133 startet, wenn der Schwenkkörper 120 der Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 zugewandt ist.
Wenn das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P13 erreicht und der Entladungsvorgang des Löffels 133 abgeschlossen ist, wird der Antrieb des Arbeitsgeräts 130 und des Schwenkkörpers 120 gestoppt.
Durch die oben beschriebene automatische Ladesteuerung kann die Lademaschine 100 die durch den Löffel 133 geschaufelte Erde in das Ladeziel 200 laden. Der Bediener führt den Aushub durch das Arbeitsgerät 130 und die automatische Ladesteuerung durch Eingabe des Ladebefehlssignals wiederholt so weit aus, dass die Ladekapazität des Ladeziels 200 die maximale Ladekapazität nicht überschreitet.
«Betrieb und Wirkung»
Wie oben beschrieben, gibt die Steuervorrichtung 128 der Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform das Entladungsbetriebssignal des Löffels 133 an die Hydraulikvorrichtung 127 aus, wenn der Schwenkkörper 120 der Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 zugewandt ist, die in der Schwenkrichtung näher am Schwenkkörper liegt als die Endpunkt-Azimutrichtung während der automatischen Ladesteuerung. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 128 mit dem Entladen beginnen, bevor der Löffel 133 die Ladeposition P13 erreicht, und die Zykluszeit des Ladevorgangs kann verkürzt werden. Die Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt, ob das Entladungsbetriebssignal ausgegeben werden soll oder nicht, basierend darauf, ob die Azimutrichtung des Schwenkkörpers im ersten Bereich oder im zweiten Bereich enthalten ist, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 128 gemäß einer anderen Ausführungsform bestimmen, ob das Entladungsbetriebssignal ausgegeben wird oder nicht, basierend darauf, ob die Azimutrichtung des Schwenkkörpers die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 überschreitet oder nicht.
Die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Azimutrichtung, die in der Schwenkrichtung näher am Schwenkkörper liegt als die Azimutrichtung D1, in die der Schwenkkörper 120 weist, wenn sich die Breite der Zähne des Löffels 133 und das Ladeziel 200 in einer Draufsicht von oben überlappen. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 128 den Ausgangsstartzeitpunkt des Entladungsbetriebssignals vorverlegen und die Zykluszeit verkürzen. Andererseits ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt, und die Steuervorrichtung 128 kann die Ausgabe des Entladungsbetriebssignals starten, wenn sich die Breite der Zähne des Löffels 133 und des Ladeziels 200 in einer Draufsicht von oben überlappen. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 128 zuverlässig verhindern, dass Erde vom Ladeziel 200 verschüttet wird.
Die Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform berechnet die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 auf der Grundlage der Position des Ladeziels 200 und der Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 128 den Ausgangsstartzeitpunkt des Entladungsbetriebssignals in Übereinstimmung mit der Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 in geeigneter Weise bestimmen. In einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Steuervorrichtung 128 kann die Ausgabe des Entladungsbetriebssignals basierend auf der vorgegebenen Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 starten.
Zuvor wurde die Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben, aber die konkrete Konfiguration ist nicht auf die zuvor beschriebene Konfiguration beschränkt, und es können verschiedene Konstruktionsänderungen vorgenommen werden.
Beispielsweise wird in der ersten Ausführungsform die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 auf die Position gesetzt, die auf der Grundlage der Position des Ladeziels 200 und der Schwenkgeschwindigkeit, der Entladungsverzögerungszeit und der Ankunftszeit der Erde des Schwenkkörpers 120 berechnet wird, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Beispielsweise kann in einer anderen Ausführungsform die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 ohne Berücksichtigung der Entladungsverzögerungszeit oder der Ankunftszeit der Erde berechnet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 eine Azimutrichtung sein, die der Startpunkt-Azimutrichtung unter den Azimutrichtungen am nächsten liegt, in denen das Spitzenende des Arms 132 das Ladeziel 200 in einer Draufsicht von oben stört. In einer anderen Ausführungsform kann die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 auf eine beliebige Azimutrichtung auf der Seite der Startpunkt-Azimutrichtung unter den Azimutrichtungen eingestellt werden, in denen das Spitzenende des Arms 132 das Ladeziel 200 in einer Draufsicht von oben stört. In einer anderen Ausführungsform kann die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 auf eine beliebige Azimutrichtung auf der Seite der Endpunkt-Azimutrichtung unter den Azimutrichtungen eingestellt werden, in denen das Spitzenende des Arms 132 in einer Draufsicht von oben nicht das Ladeziel 200 stört. In einer anderen Ausführungsform kann die Entladungsbeginn-Azimutrichtung D0 auf die Azimutrichtung eingestellt werden, in die der Schwenkkörper weist, wenn das Spitzenende des Arms 132 in der Störungsvermeidungsposition P12 positioniert ist.
Darüber hinaus umfasst die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zwar den Löffel 133, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Lademaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform einen Grabgreifer umfassen, der den Tieflöffel und die Greifer öffnen und schließen kann. Das Entladungsbetriebssignal ist in diesem Fall ein Betriebssignal zum Drehen der Greifer.
Obwohl es sich bei der Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform um ein bemanntes Fahrfahrzeug handelt, das von einem Bediener bestiegen und bedient wird, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise ist die Lademaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform ein ferngesteuertes Fahrzeug, das durch ein Betriebssignal betrieben wird, das durch Kommunikation von einer Fernbedienungsvorrichtung erfasst wird, die von einem Bediener in einem entfernten Büro bedient wird, während er auf einen Monitorbildschirm schaut. In diesem Fall können einige Funktionen der Steuervorrichtung 128 in der Fernbedienungsvorrichtung bereitgestellt werden. Ferner führt die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform die in den 4 und 5 gezeigte Steuerung in der automatischen Ladesteuerung durch, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann in der Lademaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform die in den 4 und 5 gezeigte Steuerung auf die automatische Aushub- und Ladesteuerung angewendet werden, bei der die Aushubarbeiten und die Ladearbeiten wiederholt und automatisch durchgeführt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Lademaschinensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Zykluszeit bei der automatischen Ladesteuerung verkürzen.
Bezugszeichenliste

100: Lademaschine
110: Unterwagen
120: Schwenkkörper
130: Arbeitsgerät
131: Ausleger
132: Arm
133: Löffel
134: Auslegerzylinder
135: Armzylinder
136: Löffelzylinder
128: Steuervorrichtung
1101: Fahrzeug-Informationserfassungsvorrichtung
1102: Erfassungsinformationserfassungseinheit
1103: Betriebssignaleingangseinheit
1104: Löffelpositionsbestimmungseinheit
1105: Ladepositionsbestimmungseinheit
1106: Vermeidungspositionsbestimmungseinheit
1107: Bewegungsverarbeitungseinheit
1108: Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit
1109: Bereichsbestimmungseinheit
1110: Betriebssignalausgabeeinheit
200: Ladeziel
P10: Aushubabschlussposition
P11: Schwenkstartposition
P12: Störungsvermeidungsposition
P13: Ladeposition
R1: Erster Bereich
R2: Zweiter Bereich
D0: Entladungsbeginn-Azimutrichtung
θ: Entladungsschwenkwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018163417 [0002]
JP H09256407 [0004]

Claims

Steuervorrichtung einer Lademaschine mit einem Schwenkkörper, der um einen Schwenkmittelpunkt schwingt, und eines Arbeitsgeräts, das eine Löffel aufweist und an dem Schwenkkörper befestigt ist, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Betriebssignaleingabeeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Eingabe eines Ladebefehlssignals von einem Bediener empfängt; und eine Betriebssignalausgabeeinheit, die konfiguriert ist, um Betriebssignale des Arbeitsgeräts und des Schwenkkörpers zum Bewegen des Löffels in eine Ladeposition über einem Ladeziel in einem Fall, in dem das Ladebefehlssignal empfangen wird, auszugeben, und ein Entladungsbetriebssignal zum Ausführen des Entladens des Löffels auszugeben, wenn der Schwenkkörper einer Entladungsbeginn-Azimutrichtung zugewandt ist, die in einer Schwenkrichtung näher am Schwenkkörper liegt als eine Endpunkt-Azimutrichtung, die eine Azimutrichtung ist, in die der Schwenkkörper weist, wenn das Arbeitsgerät an der Ladeposition positioniert ist.
Steuervorrichtung einer Lademaschine nach Anspruch 1, wobei die Entladungsbeginn-Azimutrichtung eine Azimutrichtung ist, die in Schwenkrichtung näher am Schwenkkörper liegt als eine Azimutrichtung, in die der Schwenkkörper weist, wenn sich der gesamte Löffel und das Ladeziel in einer Draufsicht von oben überlappen.
Steuervorrichtung einer Lademaschine nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Entladungsbeginn-Azimutrichtungsberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Azimutrichtung des Entladungsbeginns basierend auf einer Position des Ladeziels und einer Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers berechnet.
Verfahren zur Steuerung einer Lademaschine mit einem Schwenkkörper, der um einen Schwenkmittelpunkt schwingt, und eines Arbeitsgeräts, das einen Löffel aufweist und an dem Schwenkkörper angebracht ist, wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen einer Eingabe eines Ladebefehlssignals von einem Bediener; Ausgeben von Betriebssignalen des Arbeitsgeräts und des Schwenkkörpers zum Bewegen des Löffels in eine Ladeposition über einem Ladeziel in einem Fall, in dem das Ladebefehlssignal empfangen wird; und Ausgeben eines Entladungsbetriebssignals zum Ausführen des Entladens in des Löffels, wenn der Schwenkkörper einer Entladungsbeginn-Azimutrichtung zugewandt ist, die näher an dem Schwenkkörper in einer Schwenkrichtung liegt als eine Endpunkt-Azimutrichtung, die eine Azimutrichtung ist, in die der Schwenkkörper weist, wenn das Arbeitsgerät an der Ladeposition positioniert ist.