DE112019003591T5

DE112019003591T5 - System und Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt

Info

Publication number: DE112019003591T5
Application number: DE112019003591.6T
Authority: DE
Inventors: Masanori Aizawa; Kenjiro Shimada
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-06-24
Also published as: JP2020060033A; JP7245581B2; US20210310213A1; US11879232B2; CN112469867A; WO2020075457A1

Abstract

Ein erster Prozessor erfasst Daten, die eine Position eines vorbestimmten Referenzpunktes angeben, der in einem Förderfahrzeug enthalten ist. Der erste Prozessor erfasst Daten, die eine Position einer Drehmitte eines Drehkörpers einer Arbeitsmaschine angeben. Der erste Prozessor erfasst Daten, die eine Position einer Schneidenspitze eines Arbeitsgeräts der Arbeitsmaschine angeben. Der erste Prozessor bestimmt einen Ziel-Drehwinkel des Drehkörpers aus einer geraden Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und die Position des Referenzpunktes des Förderfahrzeugs verbindet, und einer aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts. Der erste Prozessor steuert den Drehkörper so, dass er sich entsprechend dem Ziel-Drehwinkel dreht.

Description

TECHNIKBEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt.
STAND DER TECHNIK
Es gibt Arbeiten, bei denen mit einer Arbeitsmaschine, z. B. einem Hydraulikbagger, Materialien wie Erdreich und dergleichen ausgehoben und auf ein Förderfahrzeug, z. B. einen Muldenkipper, geladen werden. Das Förderfahrzeug wird an einer vorbestimmten Ladeposition mit den Materialien beladen. Das Förderfahrzeug fährt an einer vorbestimmten Abladeposition und kippt das Material an der Abladeposition aus. Anschließend kehrt das Förderfahrzeug zu der Ladeposition zurück und die Materialien werden von der Arbeitsmaschine wieder auf das Förderfahrzeug geladen.
Herkömmlich ist eine Technik zur Durchführung der vorstehend genannten Ladearbeiten durch die Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung bekannt. Zum Beispiel zeigt Patentdokument 1, dass die Grabposition und die Entladeposition zuvor von einer Steuerung der Arbeitsmaschine gelernt werden. Die Steuerung steuert die Arbeitsmaschine, um das Graben an der Grabposition durchzuführen, die Arbeitsmaschine zu veranlassen, sich von der Grabposition zu der Entladeposition hin zu drehen, und Materialien an der Entladeposition abzuladen.
ZITATLISTE
PATENTSCHRIFT
Patentdokument 1: Japanisches offengelegtes Patent Nr. 2000-192514
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Nach der vorstehenden Technik kann die Verladearbeit von der Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung durchgeführt werden. Die Verladearbeit wird jedoch nicht nur von der Arbeitsmaschine, sondern auch in Zusammenarbeit mit dem Förderfahrzeug durchgeführt. Daher ist es wichtig, die Arbeit unter angemessener Koordinierung der Arbeitsmaschine und des Förderfahrzeugs durchzuführen, um die Verladearbeit effizient durchzuführen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verladearbeit auf das Förderfahrzeug durch die Arbeitsmaschine mit automatischer Steuerung durchzuführen und die Arbeitsmaschine und das Förderfahrzeug angemessen zu koordinieren.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein System nach einem ersten Aspekt ist ein System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine enthält ein Arbeitsgerät, einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und einen Stützkörper, der den Drehkörper drehbar stützt, und lädt Materialien auf ein Förderfahrzeug. Das System enthält einen ersten Prozessor, der die Arbeitsmaschine steuert. Der erste Prozessor erfasst Daten, die eine Position eines vorbestimmten Referenzpunktes angeben, der in dem Förderfahrzeug enthalten ist. Der erste Prozessor erfasst Daten, die eine Position einer Drehmitte des Drehkörpers angeben. Der erste Prozessor erfasst Daten, die eine Position einer Schneidenspitze des Arbeitsgeräts angeben. Der erste Prozessor bestimmt einen Ziel-Drehwinkel des Drehkörpers aus einer gerade Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und die Position des Referenzpunktes des Förderfahrzeugs verbindet, und einer aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts. Der erste Prozessor steuert den Drehkörper, um sich entsprechend dem Ziel-Drehwinkel zu drehen.
Ein Verfahren nach einem zweiten Aspekt ist ein Verfahren, das von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, um eine Arbeitsmaschine zu steuern, die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt. Die Arbeitsmaschine enthält ein Arbeitsgerät, einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und einen Stützkörper, der den Drehkörper drehbar stützt. Das Verfahren nach einem vorliegenden Aspekt enthält die folgenden Prozesse. Ein erster Prozess besteht darin, Daten zu erfassen, die eine Position eines vorbestimmten Referenzpunktes angeben, der in dem Förderfahrzeug enthalten ist. Ein zweiter Prozess besteht darin, Daten zu erfassen, die eine Position einer Drehmitte des Drehkörpers angeben. Ein dritter Prozess besteht darin, Daten zu erfassen, die eine Position einer Schneidenspitze des Arbeitsgeräts angeben. Ein vierter Prozess besteht darin, einen Ziel-Drehwinkel des Drehkörpers aus einer geraden Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und die Position des Referenzpunktes des Förderfahrzeugs verbindet, und einer aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts, zu bestimmen. Ein fünfter Prozess besteht darin, den Drehkörper zu steuern, sich entsprechend dem Ziel-Drehwinkel zu drehen.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird der Ziel-Drehwinkel des Drehkörpers aus der geraden Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und die Position des Referenzpunktes des Förderfahrzeugs verbindet, und der aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts ermittelt. Die Arbeitsmaschine wird so gesteuert, dass sich der Drehkörper entsprechend dem Ziel-Drehwinkel dreht. Daher ist es möglich, das Arbeitsgerät in eine Position zu bewegen, in der die Materialien leicht auf das Förderfahrzeug geladen werden können. Infolgedessen ist es möglich, die Verladearbeiten auf das Förderfahrzeug durch die Arbeitsmaschine mit der automatischen Steuerung durchzuführen und die Arbeitsmaschine und das Förderfahrzeug angemessen zu koordinieren.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine Baustelle darstellt, an der eine Arbeitsmaschine und ein Förderfahrzeug eingesetzt werden.
2 ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Arbeitsmaschine darstellt.
4 ist eine Seitenansicht des Förderfahrzeugs.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Förderfahrzeugs darstellt.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess der automatischen Steuerung der Arbeitsmaschine darstellt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess der automatischen Steuerung der Arbeitsmaschine darstellt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess der automatischen Steuerung des Förderfahrzeugs darstellt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess der automatischen Steuerung des Förderfahrzeugs darstellt.
10 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle in einem automatischen Steuermodus darstellt.
11 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle im automatischen Steuermodus darstellt.
12 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle im automatischen Steuermodus darstellt.
13 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle im automatischen Steuermodus darstellt.
14 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für einen zulässigen Stoppbereich darstellt.
15 ist eine Draufsicht, die die Einstellung eines Drehwinkels einer Ladefläche des Förderfahrzeugs darstellt.
16 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine aktuelle Topografie und einen Grabungsweg darstellt.
17 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Querschnitt durch die aktuelle Topografie und den Grabungsweg darstellt.
18 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bedingungen der Baustelle im automatischen Steuermodus darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Steuersystem einer Arbeitsmaschine und eines Förderfahrzeugs nach einer Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine Baustelle darstellt, an dem eine Arbeitsmaschine 1 und ein Förderfahrzeug 2 nach der Ausführungsform verwendet werden. Die Arbeitsmaschine 1 und das Förderfahrzeug 2 sind an der Baustelle angeordnet. Die Arbeitsmaschine 1 und das Förderfahrzeug 2 führen die Arbeit in Zusammenarbeit miteinander unter automatischer Steuerung aus.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine 1 ein Hydraulikbagger. Das Förderfahrzeug 2 ist ein Muldenkipper. Die Arbeitsmaschine 1 ist neben einer vorbestimmten Grabposition L1 auf der Baustelle angeordnet. Das Förderfahrzeug 2 fährt zwischen einer vorbestimmten Ladeposition L2 und einer vorbestimmten Abladeposition L3 auf der Baustelle hin und her. Die Arbeitsmaschine 1 gräbt automatisch gesteuert die Grabposition L1 aus und lädt Materialien wie Erdreich und dergleichen als auszugrabendes Objekt auf das Förderfahrzeug 2, das an der Ladeposition L2 gestoppt wird. Das mit den Materialien beladene Förderfahrzeug 2 fährt zur Abladeposition L3 und entlädt die Materialien an der Abladeposition L3. Eine weitere Arbeitsmaschine 3, z. B. eine Planierraupe, ist an der Abkippposition L3 angeordnet und verteilt die an der Abkippposition 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 steht. Die Materialien der Grabposition L1 werden durch Wiederholung der vorstehenden Arbeit zur Abladeposition L3 transportiert.
2 ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine 1. Wie in 2 dargestellt, enthält die Arbeitsmaschine 1 einen Fahrzeugkörper 11 und ein Arbeitsgerät 12. Der Fahrzeugkörper 11 enthält einen Drehkörper 13 und einen Stützkörper 14. Der Drehkörper 13 ist drehbar an dem Stützkörper 14 angebracht. An dem Drehkörper 13 ist eine Kabine 15 angeordnet. Die Kabine 15 kann jedoch auch weggelassen werden. Der Stützkörper 14 enthält Raupenkettenbänder 16. Die Raupenkettenbänder 16 werden durch die Antriebskraft eines später beschriebenen Motors 24 angetrieben, wodurch die Arbeitsmaschine 1 fährt.
Das Arbeitsgerät 12 ist am vorderen Teil des Fahrzeugaufbaus 11 angebracht. Das Arbeitsgerät 12 enthält einen Ausleger 17, einen Stiel 18 und einen Löffel 19. Der Ausleger 17 ist am Drehkörper 13 angebracht, um eine Bewegung in Auf- und Abwärtsrichtung zu ermöglichen. Der Stiel 18 ist beweglich an dem Ausleger 17 angebracht. Die Löffel 19 ist beweglich am Stiel 18 angebracht. Das Arbeitsgerät 12 enthält einen Auslegerzylinder 21, einen Stielzylinder 22 und einen Löffelzylinder 23. Der Auslegerzylinder 21, der Stielzylinder 22 und der Löffelzylinder 23 sind Hydraulikzylinder und werden durch Hydraulikflüssigkeit angetrieben, die von einer später beschriebenen Hydraulikpumpe 25 zugeführt wird. Der Auslegerzylinder 21 betätigt den Ausleger 17. Der Stielzylinder 22 betätigt den Stiel 18. Der Löffelzylinder 23 betätigt die Löffel 19.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Steuersystems der Arbeitsmaschine 1 darstellt. Wie in 3 dargestellt, enthält die Arbeitsmaschine 1 einen Motor 24, eine Hydraulikpumpe 25, eine Leistungsübertragungsvorrichtung 26 und eine Steuerung 27.
Der Motor 24 wird durch Befehlssignale von der Steuerung 27 gesteuert. Die Hydraulikpumpe 25 wird durch den Motor 24 angetrieben, um Hydraulikflüssigkeit zu fördern. Die von der Hydraulikpumpe 25 geförderte Hydraulikflüssigkeit wird dem Auslegerzylinder 21, dem Stielzylinder 22 und dem Löffelzylinder 23 zugeführt.
Die Arbeitsmaschine 1 enthält einen Drehmotor 28. Der Drehmotor 28 ist ein Hydraulikmotor und wird durch Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe 25 angetrieben. Der Drehmotor 28 treibt den Drehkörper 13 an. Bei der Hydraulikpumpe 25 handelt es sich um eine Pumpe mit variablem Hubraum. Obwohl in 3 eine Hydraulikpumpe 25 dargestellt ist, kann eine Vielzahl von Hydraulikpumpen enthalten sein. Eine Pumpensteuervorrichtung 29 ist mit der Hydraulikpumpe 25 verbunden. Die Pumpensteuervorrichtung 29 steuert den Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 25. Die Pumpensteuervorrichtung 29 enthält z. B. ein elektromagnetisches Ventil und wird durch Befehlssignale von der Steuerung 27 gesteuert. Der Controller 27 steuert die Verdrängung der Hydraulikpumpe 25 durch Steuern der Pumpensteuervorrichtung 29.
Die Hydraulikpumpe 25, die Zylinder 21 bis 23 und der Drehmotor 28 sind durch einen Hydraulikkreislauf über ein Steuerventil 31 miteinander verbunden. Das Steuerventil 31 wird durch Befehlssignale von der Steuerung 27 gesteuert. Das Steuerventil 31 regelt die Durchflussmenge der Hydraulikflüssigkeit, die von der Hydraulikpumpe 25 zu den Zylindern 21 bis 23 und dem Drehmotor 28 gefördert wird. Die Steuerung 27 steuert den Betrieb des Arbeitsgeräts 12 durch Steuern des Steuerventils 31. Die Steuerung 27 steuert auch die Drehung des Drehkörpers 13 durch die Steuerung des Steuerventils 31.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 überträgt die Antriebskraft des Motors 24 auf den Stützkörper 14. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 kann z. B. ein Drehmomentwandler oder ein Getriebe mit einer Vielzahl von Getrieberädern sein. Alternativ kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 eine andere Art von Getriebe sein, wie z. B. ein hydrostatisches Getriebe (HST) oder ein hydraulisch-mechanisches Getriebe (HMT).
Die Steuerung 27 ist programmiert, um die Arbeitsmaschine 1 basierend auf den erworbenen Daten zu steuern. Die Steuervorrichtung 27 veranlasst die Arbeitsmaschine 1 zum Fahren, indem sie den Motor 24, den Stützkörper 14 und die Leistungsübertragungsvorrichtung 26 steuert. Die Steuerung 27 veranlasst den Betrieb des Arbeitsgeräts 12, indem sie den Motor 24, die Hydraulikpumpe 25 und das Steuerventil 31 steuert.
Die Steuerung 27 enthält einen ersten Prozessor 271, wie z. B. eine CPU oder eine GPU, und einen Speicher 272. Der erste Prozessor 271 führt einen Prozess zur automatischen Steuerung der Arbeitsmaschine 1 durch. Der Speicher 272 speichert Daten und Programme für die automatische Steuerung der Arbeitsmaschine 1. Der Speicher 272 enthält beispielsweise einen flüchtigen Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher.
Die Arbeitsmaschine 1 enthält Lastsensoren 32a bis 32c. Die Lastsensoren 32a bis 32c erfassen eine auf das Arbeitsgerät 12 aufgebrachte Last und geben Lastdaten aus, die die Last angeben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Lastsensoren 32a bis 32c Hydraulikdrucksensoren und erfassen jeweils den Hydraulikdruck der Zylinder 21 bis 23. Die Lastdaten geben die Hydraulikdrücke der Zylinder 21 bis 23 an. Die Steuerung 27 ist mit den Lastsensoren 32a bis 32c drahtgebunden oder drahtlos kommunikativ verbunden. Die Steuerung 27 empfängt die Lastdaten von den Lastsensoren 32a bis 32c.
Die Arbeitsmaschine 1 enthält einen ersten Positionssensor 33, Arbeitsgerätsensoren 34a bis 34c und einen Drehwinkelsensor 39. Der erste Positionssensor 33 erfasst eine Position der Arbeitsmaschine 1 und gibt Positionsdaten aus, die die Position der Arbeitsmaschine 1 angeben. Der erste Positionssensor 33 enthält einen GNSS-Empfänger (GNSS = Global Navigation Satellite System) und eine Inertialmesseinheit (IMU) . Der GNSS-Empfänger ist z. B. ein Empfänger für ein globales Positionierungssystem (GPS). Die Positionsdaten enthalten Daten, die die Position der Arbeitsmaschine 1 angeben, die von dem GNSS-Empfänger ausgegeben werden, und Daten, die eine Stellung des Fahrzeugkörpers 11 angeben, die von der IMU ausgegeben werden. Die Stellung des Fahrzeugkörpers 11 enthält z. B. einen Winkel (Nickwinkel) in Bezug auf die Horizontale in Längsrichtung der Arbeitsmaschine 1 und einen Winkel (Rollwinkel) in Bezug auf die Horizontale in Querrichtung der Arbeitsmaschine 1.
Die Arbeitsgerätsensoren 34a bis 34c erfassen eine Stellung des Arbeitsgeräts 12 und geben Stellungsdaten aus, die die Körperstellung des Arbeitsgeräts 12 angeben. Die Arbeitsgerätsensoren 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 Arbeitsgerätsensoren 34a bis 34c auch andere Sensoren sein, z. B. Sensoren, die die jeweiligen Drehwinkel des Auslegers 17, des Stiels 18 und der Löffel 19 erfassen. Der Drehwinkelsensor 39 erfasst den Drehwinkel des Drehkörpers 13 in Bezug auf den Stützkörper 14 und gibt Drehwinkeldaten aus, die den Drehwinkel angeben.
Die Steuerung 27 ist mit dem ersten Positionssensor 33, den Arbeitsgerätsensoren 34a bis 34c und dem Drehwinkelsensor 39 drahtgebunden oder drahtlos kommunikativ verbunden. Die Steuerung 27 empfängt die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1, die Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und die Drehwinkeldaten vom ersten Positionssensor 33, den Arbeitsgerätsensoren 34a bis 34c bzw. dem Drehwinkelsensor 39. Die Steuerung 27 berechnet aus den Positionsdaten, den Stellungsdaten und den Drehwinkeldaten eine Schneidenspitzenposition des Löffels 19. Die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1 geben zum Beispiel die globalen Koordinaten des ersten Positionssensors 33 an. Die Steuerung 27 berechnet die globalen Koordinaten der Schneidenspitzenposition des Löffels 19 aus den globalen Koordinaten des ersten Positionssensors 33 basierend auf den Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und den Drehwinkeldaten.
Die Arbeitsmaschine 1 enthält einen Topografiesensor 35. Der Topographiesensor 35 misst eine Topographie in der Umgebung der Arbeitsmaschine 1 und gibt Topographiedaten aus, die die vom Topographiesensor 35 gemessene Topographie angeben. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Topografiesensor 35 an einem Seitenteil des Drehkörpers 13 angebracht. Der Topografiesensor 35 misst die Topografie, die sich seitlich des Drehkörpers 13 befindet. Der Topografiesensor 35 ist z. B. eine LIDAR-Vorrichtung (LIDAR = Laser Imaging Detection and Ranging). Die LIDAR-Vorrichtung misst die Abstände zu einer Vielzahl von Messpunkten auf der Topografie, indem sie einen Laser einstrahlt und dessen reflektiertes Licht misst. Die Topographiedaten zeigen die Positionen der Messpunkte in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 an.
Die Arbeitsmaschine 1 enthält eine erste Kamera 36 und eine Vielzahl von zweiten Kameras 37. Die erste Kamera 36 ist von dem Drehkörper 13 nach vorne gerichtet und ist an dem 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 die aufgenommenen bewegten Bilder angeben.
Die Vielzahl von zweiten Kameras 37 ist vom Drehkörper 13 nach links, rechts und hinten gerichtet und ist am Drehkörper 13 angebracht. Die zweiten Kameras 37 geben zweite Bilddaten aus, die die aufgenommenen bewegten Bilder angeben. Die zweiten Kameras 37 können einlinsige Kameras sein. Alternativ können die zweiten Kameras 37, wie die erste Kamera 36, Stereokameras sein. Die Steuerung 27 ist mit der ersten Kamera 36 und den zweiten Kameras 37 drahtgebunden oder drahtlos kommunikativ verbunden. Die Steuerung 27 empfängt die ersten Bilddaten von der ersten Kamera 36. Die Steuerung 27 empfängt die zweiten Bilddaten von den zweiten Kameras 37.
Die Arbeitsmaschine 1 enthält eine erste Kommunikationsvorrichtung 38. Die erste Kommunikationsvorrichtung 38 führt eine Datenkommunikation mit einer Vorrichtung außerhalb der Arbeitsmaschine 1 durch. Die erste Kommunikationsvorrichtung 38 kommuniziert mit einer entfernten Computervorrichtung 4 außerhalb der Arbeitsmaschine 1. Die entfernte Computervorrichtung 4 kann an der Baustelle angeordnet sein. Alternativ kann die entfernte Computervorrichtung 4 in einer von der Baustelle entfernten Verwaltungszentrale angeordnet sein. Die entfernte Computervorrichtung 4 enthält eine Anzeige 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 Steuerung 27 über die erste Kommunikationsvorrichtung 38 empfangenen Signalen entsprechen. Die Eingabevorrichtung 402 wird von einer Bedienperson bedient. Die Eingabevorrichtung 402 kann z. B. einen Berührungsbildschirm oder Hardwaretasten enthalten. Die entfernte Computervorrichtung 4 überträgt über die erste Kommunikationsvorrichtung 38 an die Steuerung 27 Signale, die die von der Eingabevorrichtung 402 eingegebenen Befehle angeben. Die erste Kommunikationsvorrichtung 38 führt auch eine Datenkommunikation mit dem Förderfahrzeug 2 durch.
4 ist eine Seitenansicht des Förderfahrzeugs 2. Wie in 4 dargestellt, enthält das Förderfahrzeug 2 einen Fahrzeugkörper 51, einen Fahrkörper 52 und eine Ladefläche 53. Der Fahrzeugkörper 51 ist in Bezug auf den Fahrkörper 52 drehbar gestützt. Der Fahrkörper 52 enthält Raupenkettenbänder 54. Die Raupenkettenbänder 54 werden durch die Antriebskraft eines später beschriebenen Motors 55 angetrieben, wodurch das Förderfahrzeug 2 fährt. Die Ladefläche 53 wird durch den Fahrzeugkörper 51 gestützt. Dementsprechend ist die Ladefläche 53 zusammen mit dem Fahrzeugkörper 51 in Bezug auf den Fahrkörper 52 drehbar gestützt. Die Ladefläche 53 ist eingerichtet, um sich zwischen einer Abladestellung und einer Förderstellung bewegen zu können. In 4 ist die Ladefläche 53 durch durchgezogene Linien dargestellt, die die Position der Ladefläche 53 in der Förderstellung angeben. Eine Ladefläche 53', die durch eine Kette doppelt gestrichelter Linien angezeigt wird, zeigt die Position der Ladefläche 53 in der Abladestellung an. In der Förderstellung ist die Ladefläche 53 annähernd horizontal angeordnet. In der Abladestellung ist die Ladefläche 53 gegenüber der Förderstellung geneigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Steuersystems des Förderfahrzeugs 2 darstellt. Das Förderfahrzeug 2 enthält einen Motor 55, eine Hydraulikpumpe 56, eine Leistungsübertragungsvorrichtung 57, einen Hubzylinder 58, einen Drehmotor 59, eine Steuerung 61 und ein Steuerventil 62. Die Steuerung 61 enthält einen zweiten Prozessor 611, wie z. B. eine CPU oder eine GPU, und einen Speicher 612. Der zweite Prozessor 611 führt einen Prozess zur automatischen Steuerung des Förderfahrzeugs 2 durch. Der Speicher 612 speichert Daten und Programme für die automatische Steuerung des Förderfahrzeugs 2. Der Speicher 612 enthält beispielsweise einen flüchtigen Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher.
Der Motor 55, die Hydraulikpumpe 56, die Leistungsübertragungsvorrichtung 57, die Steuerung 61 und das Steuerventil 62 weisen die gleiche Konfiguration wie der Motor 24, die Hydraulikpumpe 25, die Leistungsübertragungsvorrichtung 26, die Steuerung 27 und das Steuerventil 31 der Arbeitsmaschine 1 auf. Daher wird auf detaillierte Erläuterungen dazu 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 die Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe 56 angetrieben. Der Hubzylinder 58 hebt und senkt die Ladefläche 53. Dadurch wird die Stellung der Ladefläche 53 zwischen der Förderstellung und der Abladestellung umgeschaltet. Der Drehmotor 59 bewirkt eine Drehung des Fahrzeugkörpers 51 in Bezug auf den Fahrkörper 52. Die Steuerung 61 steuert mittels des Steuerventils 62 den Hubzylinder 58 und steuert damit den Betrieb der Ladefläche 53. Außerdem steuert die Steuervorrichtung 61 über das Steuerventil 62 den Drehmotor 59 und damit die Drehung des Fahrzeugkörpers 51.
Das Förderfahrzeug 2 enthält einen zweiten Positionssensor 63, einen Ladeflächensensor 64 und einen Drehwinkelsensor 65. Der zweite Positionssensor 63 enthält einen GNSS-Empfänger und eine IMU in gleicher Weise wie der erste Positionssensor 33 der Arbeitsmaschine 1. Der zweite Positionssensor 63 gibt Positionsdaten aus. Die Positionsdaten enthalten Daten, die eine Position des Förderfahrzeugs 2 angeben, und Daten, die eine Stellung des Fahrzeugkörpers 51 angeben.
Der Ladeflächensensor 64 erfasst die Stellung der Ladefläche 53 und gibt Ladeflächendaten aus, die die Stellung der Ladefläche 53 angeben. 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 einen 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 den Drehwinkel angeben.
Die Steuerung 61 ist mit dem zweiten Positionssensor 63, dem Ladeflächensensor 64 und dem Drehwinkelsensor 65 drahtgebunden oder drahtlos kommunikativ verbunden. Die Steuerung 61 empfängt die Positionsdaten, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten von dem zweiten Positionssensor 63, dem Ladeflächensensor 64 bzw. dem Drehwinkelsensor 65.
Das Förderfahrzeug 2 enthält eine zweite Kommunikationsvorrichtung 66. Die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 führt über die zweite Kommunikationsvorrichtung 66 eine Datenkommunikation mit der Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 durch. Die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 überträgt die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten über die zweite Kommunikationsvorrichtung 66. Die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 empfängt die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten über die erste Kommunikationsvorrichtung 38. Die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 speichert Fahrzeugabmessungsdaten, die die Anordnungen und die Abmessungen des Fahrzeugkörpers 51 des Förderfahrzeugs 2 und der Ladefläche 53 angeben. Die Steuerung 27 berechnet aus den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, den Ladeflächendaten, den Drehwinkeldaten und den Fahrzeugabmessungsdaten eine Position der Ladefläche 53.
Als nächstes wird ein Verfahren eines automatischen Steuermodus beschrieben, der von der Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 und der Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 ausgeführt wird. Im automatischen Steuermodus steuert die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 das Förderfahrzeug 2 so, dass das Förderfahrzeug 2 automatisch zwischen der Ladeposition L2 und der vorbestimmten Abladeposition L3 hin und her fährt. Die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 steuert die Arbeitsmaschine 1 so, dass die Arbeitsmaschine 1 die vorstehend beschriebenen Grab- und Verladearbeit automatisch durchführt. 6 und 7 sind Ablaufdiagramme, die den Prozess des automatischen Steuermodus veranschaulichen, der von der Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 ausgeführt wird. 8 und 9 sind Ablaufdiagramme, die den Prozess des automatischen Steuermodus veranschaulichen, der von der Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 ausgeführt wird.
Nach Empfang eines Startbefehls zum Starten des automatischen Steuermodus führt die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 den in 6 dargestellten Prozess des automatischen Steuermodus aus. Wie in 10 dargestellt, wird der Startbefehl zum Starten des automatischen Steuermodus von der vorstehend erwähnten entfernten Computervorrichtung 4 ausgegeben, z. B. aufgrund der Bedienung der Eingabevorrichtung 402 der entfernten Computervorrichtung 4 durch den Bediener. Die Steuerung 27 empfängt den Startbefehl über die erste Kommunikationsvorrichtung 38. Die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 empfängt ebenfalls den Startbefehl zum Starten des automatischen Steuermodus. Nach dem Empfang des Startbefehls zum Starten des automatischen Steuermodus führt die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 den in 8 dargestellten Prozess des automatischen Steuermodus aus.
Im Schritt S101 erfasst die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 die Position der Arbeitsmaschine 1, wie in 6 dargestellt. Dabei erfasst die Steuerung 27 die Positionsdaten der Arbeitsmaschine 1, die Stellungsdaten des Arbeitsgeräts 12 und die Drehwinkeldaten von dem ersten Positionssensor 33, den Arbeitsgerätsensoren 34a bis 34c bzw. dem Drehwinkelsensor 39. Die Steuerung 27 berechnet die Schneidenspitzenposition des Löffels 19 aus den Positionsdaten, den Arbeitsgerätedaten und den Drehwinkeldaten. Die Steuerung 27 erfasst und aktualisiert kontinuierlich die Position der Arbeitsmaschine 1 während des automatischen Steuermodus.
Im Schritt S102 bestimmt die Steuerung 27 eine Ziel-Stoppposition P1 in der Ladeposition L2 des Förderfahrzeugs 2 basierend auf der Position der Arbeitsmaschine 1. Insbesondere erfasst die Steuerung 27 Daten, die die Richtung der Ladeposition L2 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 angeben. Die Steuerung 27 erfasst aus der Position der Arbeitsmaschine 1 und der Ladeposition L2 durch Berechnung die Richtung der Ladeposition L2 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1. Ferner erfasst die Steuerung 27 Daten, die einen Ziel-Versatzabstand des Förderfahrzeugs 2 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 angeben. Der Ziel-Versatzabstand ist beispielsweise im Speicher 272 abgelegt, und die Steuerung 27 liest den Ziel-Versatzabstand aus dem Speicher 272 aus. Die Steuerung 27 bestimmt die Ziel-Stoppposition P1 des Förderfahrzeugs 2 basierend auf der Richtung der Ladeposition L2, dem Ziel-Versatzabstand und der Position der Arbeitsmaschine 1. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 27 als Ziel-Stoppposition P1 des Förderfahrzeugs 2 eine Position, die von der Position der Arbeitsmaschine 1 zu der Richtung der Ladeposition L2 hin um den Ziel-Versatzabstand entfernt ist.
Im Schritt S103 bestimmt die Steuerung 27 einen zulässigen Stoppbereich A1 des Förderfahrzeugs 2. Wie in 10 dargestellt, ist der zulässige Stoppbereich A1 ein Bereich, der in die Richtung der Ladeposition L2 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 positioniert ist und die Ziel-Stoppposition P1 einschließt. Die Steuerung 27 bestimmt den zulässigen Stoppbereich A1 aus der Position der Arbeitsmaschine 1. Der zulässige Stoppbereich A1 wird später beschrieben.
Im Schritt S104 kommuniziert die Steuerung 27 mit dem Förderfahrzeug 2. Dabei überträgt die Steuerung 27 die Ziel-Stoppposition P1 an das Förderfahrzeug 2. Im Schritt S201 kommuniziert die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 mit der Arbeitsmaschine 1, wie in 8 dargestellt. Dabei empfängt die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 die von der Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 übertragene Ziel-Stoppposition P1 über die zweite Kommunikationsvorrichtung 66.
Im Schritt S202 erfasst die Steuerung 61 die Position des Förderfahrzeugs 2. Dabei erfasst die Steuerung 27 die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, die Ladeflächendaten und die Drehwinkeldaten vom zweiten Positionssensor 63, dem Ladeflächensensor 64 bzw. dem Drehwinkelsensor 65. Die Steuerung 61 erfasst und aktualisiert kontinuierlich die Position des Förderfahrzeugs 2 während des automatischen Steuermodus.
Im Schritt S203 erfasst die Steuerung 61 Flächendaten. Die Flächendaten enthalten Daten, die die Topografie des Arbeitsbereichs angeben. Die Flächendaten enthalten auch Daten, die die Einfahrverbotsbereiche A2 und A3 des in 11 dargestellten Förderfahrzeugs 2 angeben.
Im Schritt S204 bestimmt die Steuerung 61 eine Ziel-Fahrtroute R1. Die Ziel-Fahrtroute R1 ist eine Route von einer aktuellen Position des Förderfahrzeugs 2 zu der Ziel-Stoppposition P1. Die Steuerung 61 bestimmt die Ziel-Fahrtroute R1 aus den vorstehend genannten Bereichsdaten, den Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 und der Ziel-Stoppposition P1. Die Steuerung 61 bestimmt die Ziel-Fahrtroute R1, um die Einfahrverbotsbereiche A2 und A3 zu vermeiden. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 61 die Ziel-Fahrtroute R1, um die Einfahrverbotsbereiche A2 und A3 zu vermeiden und die Fahrstrecke des Förderfahrzeugs 2 zu minimieren. Die Steuerung 61 kann die Ziel-Fahrtroute R1 unter Berücksichtigung eines anderen Faktors als der Einfahrverbotsbereiche A2 und A3 bestimmen.
Im Schritt S205 veranlasst die Steuerung 61, dass sich das Förderfahrzeug 2 in Bewegung setzt. Die Steuerung 61 steuert das Förderfahrzeug 2 so, dass sich das Förderfahrzeug 2 entlang der Zielfahrtstrecke R1 zur Ziel-Stoppposition P1 bewegt.
In dem in 9 dargestellten Schritt S206 bestimmt die Steuerung 61, ob das Förderfahrzeug 2 in dem Einfahrverbotsbereich A2 oder A3 positioniert ist. Die Steuerung 61 bestimmt aus der vorstehend genannten aktuellen Position des Förderfahrzeugs 2, die durch die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 angezeigt wird, und den Einfahrverbotsbereichen A2 und A3, die durch die Bereichsdaten angezeigt werden, ob das Förderfahrzeug 2 im Einfahrverbotsbereich A2 oder A3 positioniert ist.
Wenn das Förderfahrzeug 2 im Einfahrverbotsbereich A2 oder A3 positioniert ist, sendet die Steuerung 61 im Schritt S214 an die Arbeitsmaschine 1 einen Stopp-Befehl zum Anhalten der automatischen Steuerung. Im Schritt S215 stoppt die Steuerung 61 die Arbeit des Förderfahrzeugs 2. Die Steuerung 61 veranlasst beispielsweise das Anhalten des Förderfahrzeugs 2. Alternativ kann die Steuerung 61 veranlassen, dass das Förderfahrzeug 2 in die Abladeposition L3 zurückkehrt.
Wie in 7 dargestellt, stoppt die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 nach Erhalt des Stopp-Befehls zum Anhalten der automatischen Steuerung vom Förderfahrzeug 2 im Schritt S105 die Arbeit der Arbeitsmaschine 1 im Schritt S111. Zum Beispiel veranlasst die Steuerung 61 das Anhalten der Arbeitsmaschine 1.
Wie in 9 dargestellt, bestimmt die Steuerung 61 im Schritt S207, ob ein Abweichungsabstand D1 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert Th1 ist. Wie in 12 dargestellt, ist der Abweichungsabstand D1 ein Abstand, um den das Förderfahrzeug 2 von der Ziel-Fahrtroute R1 abweicht. Die Steuerung 61 berechnet den Abweichungsabstand D1 aus der vorstehend erwähnten aktuellen Position des Förderfahrzeugs 2, die durch die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 und die Ziel-Fahrtroute R1 angegeben wird. Der vorbestimmte Schwellenwert Th1 ist z.B. im Speicher 612 abgelegt. Wenn der Abweichungsabstand D1 größer als der vorbestimmte Schwellenwert Th1 ist, sendet die Steuerung 61, ähnlich wie vorstehend erwähnt, im Schritt S214 den Stopp-Befehl zum Anhalten der automatischen Steuerung an die Arbeitsmaschine 1. Im Schritt S215 stoppt die Steuerung 61 die Arbeit.
Im Schritt S208 bestimmt die Steuerung 61, ob das Förderfahrzeug 2 die Ziel-Stoppposition P1 erreicht hat. Die Steuerung 61 bestimmt aus der vorstehend genannten aktuellen Position des Förderfahrzeugs 2, die durch die Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2 angegeben wird, und der Ziel-Stoppposition P1, ob das Förderfahrzeug 2 die Ziel-Stoppposition P1 erreicht hat. Die Steuerung 27 bestimmt beispielsweise, dass das Förderfahrzeug 2 die Ziel-Stoppposition P1 erreicht hat, wenn die Position eines im Förderfahrzeug 2 enthaltenen Referenzpunktes P2 mit der Ziel-Stoppposition P1 übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt. Der Referenzpunkt P2 des Förderfahrzeugs 2 ist z. B. eine Drehmitte der Ladefläche 53. Die Steuerung 61 speichert Daten, die eine Positionsbeziehung zwischen dem zweiten Positionssensor 63 am Förderfahrzeug 2 und der Drehmitte der Ladefläche 53 angeben. Die Steuerung 61 berechnet die Position der Drehmitte der Ladefläche 53 aus der Position des zweiten Positionssensors 63, die durch den zweiten Positionssensor 63 erfasst wird.
Der Referenzpunkt P2 des Förderfahrzeugs 2 kann aber auch eine andere Position des Förderfahrzeugs 2 sein. Zum Beispiel kann der Referenzpunkt P2 des Förderfahrzeugs 2 ein Mittelpunkt in Längs- und Breitenrichtung des Förderfahrzeugs 2 sein. Wie in 13 dargestellt, veranlasst die Steuerung 61 das Anhalten des Förderfahrzeugs 2 im Schritt S209, wenn das Förderfahrzeug 2 die Ziel-Stoppposition P1 erreicht hat.
Wie in 7 dargestellt, bestimmt die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 im Schritt S106, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt hat. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 27 basierend auf den vom Förderfahrzeug 2 empfangenen Positionsdaten des Förderfahrzeugs 2, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt hat. Alternativ kann die Steuerung basierend auf den von der ersten Kamera 36 ausgegebenen ersten Bilddaten und/oder den von den zweiten Kameras 37 ausgegebenen zweiten Bilddaten mit Hilfe von Bilderkennungstechnik bestimmen, ob das Förderfahrzeug 2 gestoppt hat. Wenn das Förderfahrzeug 2 gestoppt hat, fährt das Verfahren mit Schritt S107 fort.
Im Schritt S107 bestimmt die Steuerung 27, ob das Förderfahrzeug 2 im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert ist. Wie vorstehend beschrieben, ist der zulässige Stoppbereich A1 der Bereich, der die Ziel-Stoppposition P1 einschließt, und die Steuerung 27 bestimmt den zulässigen Stoppbereich A1 aus der Position der Arbeitsmaschine 1. 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den zulässigen Stoppbereich A1 darstellt. Die Steuerung 27 bestimmt den zulässigen Stoppbereich A1 basierend auf der Grabposition L1 und dem Abstand von der Arbeitsmaschine 1.
Insbesondere ist, wie in 14 dargestellt, der zulässige Stoppbereich A1 der Bereich, in dem ein Abstand von einem Drehzentrum C1 des Drehkörpers 13 gleich oder kleiner als ein erster Abstandsschwellenwert Td1 ist. Der zulässige Stoppbereich A1 ist der Bereich, in dem ein Abstand vom Drehzentrum C1 des Drehkörpers 13 gleich oder größer als ein zweiter Abstandsschwellenwert Td2 ist. Der erste Abstandsschwellwert Td1 ist z. B. der Maximalwert des Abstands, den die Schneidenspitze des Löffels 19 erreichen kann. Der zweite Abstandsschwellwert Td2 ist der Minimalwert des Abstands, den die Schneidenspitze des Löffels 19 erreichen kann. Die Steuerung 27 speichert Daten, die eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten Positionssensor 33 und der Drehmitte C1 des Drehkörpers 13 in der Arbeitsmaschine 1 angeben. Die Steuerung 27 berechnet die Position der Drehmitte C1 des Drehkörpers 13 aus der vom ersten Positionssensor 33 erfassten Position des ersten Positionssensors 33.
Der zulässige Stoppbereich A1 ist der Bereich, in dem ein absoluter Wert des Winkels, der durch eine Richtung X1 der Ladeposition L2 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 und einen Vektor, der eine beliebige Position im zulässigen Stoppbereich A1 und das Drehzentrum C1 verbindet, gebildet wird, gleich oder kleiner als ein Winkelschwellenwert Ta1 ist. Der Stützkörper 14 der Arbeitsmaschine 1 ist der Richtung X1 zugewandt angeordnet. Der Winkelschwellenwert Ta1 ist beispielsweise ein Wert innerhalb eines Bereichs, in dem der Topografiesensor 35 die Topografie der Grabposition L1 während der Beladung geeignet messen kann. In 14 beträgt die Richtung X1 der Ladeposition L2 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 null Grad und der Gegenuhrzeigersinn ist ein positiver Wert.
Wenn der Referenzpunkt P2 des Förderfahrzeugs 2 im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert ist, bestimmt die Steuerung 27, dass das Förderfahrzeug 2 im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert ist. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 27, dass eine in 14 gezeigte Position 2 1 des Förderfahrzeugs 2 im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert ist. Die Steuerung 27 bestimmt, dass eine Position 2 2 und eine Position 2_3 des in 14 dargestellten Förderfahrzeugs 2 nicht im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert sind.
Wenn im Schritt S107, das Förderfahrzeug 2 nicht im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert ist, fährt der Prozess mit Schritt S112 fort. Im Schritt S112 überträgt die Steuerung 27 einen Wiederholungsbefehl an das Förderfahrzeug 2. Wie in 9 dargestellt, kehrt der Prozess zu Schritt S205 zurück, wenn die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 den Wiederholungsbefehl im Schritt S210 empfängt, und das Förderfahrzeug 2 bewegt sich erneut in die Ziel-Stoppposition P1.
Wenn das Förderfahrzeug 2 im Schritt S107 im zulässigen Stoppbereich A1 positioniert ist, stellt die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 im Schritt S211 den Drehwinkel der Ladefläche 53 ein, während das Förderfahrzeug 2 gestoppt bleibt. Die Steuerung 61 bestimmt den Drehwinkel der Ladefläche 53 in Bezug auf den Fahrkörper 52 basierend auf der Position der Arbeitsmaschine 1 und der Position des Förderfahrzeugs 2. Insbesondere bestimmt die Steuerung 61, wie in 15 dargestellt, den Drehwinkel der Ladefläche 53 in Bezug auf den Fahrkörper 52 so, dass die Ladefläche 53 einer geraden Linie X2 zugewandt ist, die eine Drehmitte C2 der Ladefläche 53 und die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 verbindet, und veranlasst die Drehung der Ladefläche 53. Mit anderen Worten, die Steuerung 61 bestimmt den Drehwinkel der Ladefläche 53 in Bezug auf den Fahrkörper 52, so dass die Längsrichtung der Ladefläche 53 mit der Richtung der geraden Linie X2 übereinstimmt, die die Drehmitte C2 der Ladefläche 53 und die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 verbindet, und veranlasst die Drehung der Ladefläche 53. Infolgedessen ist das hintere Ende der Ladefläche 53 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 in der Richtung von der Drehmitte C2 der Ladefläche 53 zur Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 hin angeordnet.
Nach Beendigung der Einstellung des Drehwinkels der Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2 beginnt die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 im Schritt S108 mit dem Graben von Materialien und dem Laden der Materialien auf das Förderfahrzeug 2. Hier erfasst die Steuerung 27 Topographiedaten, die eine aktuelle Topographie T1 der Grabposition L1 angeben, die von dem Topographiesensor 35 gemessen wird. Die Steuerung 27 bestimmt aus der aktuellen Position der Arbeitsmaschine 1 und den Topographiedaten einen Grabungsweg PA1. Der Grabungsweg PA1 ist eine Ziel-Trajektorie der Schneidenspitzenposition des Löffels 19. 16 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die aktuelle Topografie T1 und den Grabungsweg PA1 darstellt. 17 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Querschnitt der aktuellen Topografie T1 und des Grabungswegs PA1 darstellt. Die Steuerung 27 bestimmt den Grabungsweg PA1 so, dass die Menge der vom Arbeitsgerät 12 zu grabenden Materialien, wie z. B. das Volumen oder das Gewicht, einem Zielwert entspricht.
Wie in 17 dargestellt, bestimmt die Steuerung 27 den Grabungsweg PA1 so, dass das Volumen zwischen der Oberfläche der aktuellen Topografie T1 und dem Grabungsweg PA1 (der schraffierte Abschnitt in 17) dem Zielwert entspricht. Der Zielwert wird z. B. basierend auf dem Fassungsvermögen des Löffels 19 bestimmt. Der Grabungsweg PA1 enthält einen Grabungsstartpunkt S1 und einen Grabungsendpunkt E1. Der Grabungsstartpunkt S1 und der Grabungsendpunkt E1 sind Schnittpunkte der Oberfläche der Topografie T1 und des Grabungswegs PA1.
Die Steuerung 27 bestimmt einen Ziel-Drehwinkel zum Zeitpunkt des Abwärtsdrehens. Wie in 16 dargestellt, bestimmt die Steuerung 27 den Ziel-Drehwinkel zum Zeitpunkt des Abwärtsdrehens aus einer aktuellen Schneidenspitzenposition des Löffels 19 und einer geraden Linie X3, die die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 und einen Grabungsstartpunkt S1 verbindet. Die Steuerung 27 bestimmt als Ziel-Drehwinkel θ1 zum Zeitpunkt des Abwärtsdrehens einen Winkel, der durch die gerade Linie X2, die eine aktuelle Schneidenspitzenposition des Löffels 19 und die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 verbindet, und die gerade Linie X3, die die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 und den Grabungsstartpunkt S1 verbindet, gebildet wird.
Beim Abwärtsdrehen veranlasst die Steuerung 27, dass die Schneidenspitzenposition des Löffels 19 in Richtung der Höhe des Grabungsstartpunkts S1 abgesenkt wird, während der Drehkörper 13 in Richtung des Grabungsstartpunkts S1 gedreht wird. Dann steuert die Steuerung 27 das Arbeitsgerät 12 so, dass sich die Schneidenspitzenposition des Löffels 19 entlang des Grabungswegs PA1 bewegt. Dementsprechend werden die Materialien durch das Arbeitsgerät 12 ausgegraben.
Ferner bestimmt die Steuerung 27 einen Ziel-Drehwinkel zum Zeitpunkt der Hubwerksdrehung. Wie in 16 dargestellt, bestimmt die Steuerung 27 den Ziel-Drehwinkel zum Zeitpunkt der Hubwerksdrehung aus einer aktuellen Schneidenspitzenposition des Löffels 19 nach dem Graben und der geraden Linie X2, die die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 und die Drehmitte C2 der Ladefläche 53 verbindet. Die Steuerung 27 bestimmt als Ziel-Drehwinkel θ2 zum Zeitpunkt der Drehung des Hubwerks einen Winkel, der durch eine gerade Linie X4, die die aktuelle Schneidenspitzenposition des Löffels 19 nach dem Graben und die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 verbindet, und die gerade Linie X2, die die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 und die Drehmitte C2 der Ladefläche 53 verbindet, gebildet wird.
Beim Drehen des Hubwerks bewirkt die Steuerung 27, dass die Schneidenspitzenposition des Löffels 19 in Richtung einer Entladeposition P3 angehoben wird, während der Drehkörper 13 in Richtung der Entladeposition P3 gedreht wird. Die Entladeposition P3 ist eine Position, die auf der geraden Linie X2 liegt, die die Drehmitte C1 der Arbeitsmaschine 1 und die Drehmitte C2 der Ladefläche 53 verbindet, und die oberhalb der Ladefläche 53 liegt. Die Steuerung 27 steuert das Arbeitsgerät 12 so, dass die von dem Löffel 19 gehaltenen Materialien auf die Ladefläche 53 entladen werden. Daraufhin werden die Materialien auf die Ladefläche 53 geladen.
In dem in 7 dargestellten Schritt S109 bestimmt die Steuerung 27, ob die Beladung beendet ist. Die Steuerung 27 bestimmt, dass der Ladevorgang beendet ist, wenn die Menge der auf die Ladefläche 53 geladenen Materialien (im Folgenden als „Beladungsmenge“ bezeichnet) eine zulässige Menge erreicht. Bei der Beladungsmenge kann es sich um ein Volumen oder ein Gewicht handeln. Die Steuerung 27 berechnet die Beladungsmenge aus den Beladungsdaten. Insbesondere berechnet die Steuerung 27 aus den Beladungsdaten die Menge der ausgehobenen Materialien. Die Steuerung 27 berechnet den Gesamtwert der Menge der auf die Ladefläche 53 geladenen Materialien als Beladungsmenge.
Wenn die Steuerung 27 im Schritt S109 bestimmt, dass die Beladung nicht beendet ist, werden das Graben der Materialien und das Laden derselben auf das Förderfahrzeug 2 erneut durchgeführt. Das Graben der Materialien und das Laden derselben auf das Förderfahrzeug 2 werden wiederholt, bis bestimmt wird, dass das Laden beendet ist. Wenn die Steuerung 27 im Schritt S109 bestimmt, dass das Laden beendet ist, geht der Prozess zu Schritt S110 über. Im Schritt S110 überträgt die Steuerung 27 einen Rückzugsbefehl zum Zurückziehen aus der Ladeposition L2 an das Förderfahrzeug 2, wie in 18 dargestellt.
Wie in 9 dargestellt, bestimmt die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 im Schritt S212, ob ein Rückzugsbefehl empfangen wird. Wenn die Steuerung 61 den Rückzugsbefehl empfängt, fährt der Prozess mit Schritt S213 fort. Im Schritt S213 steuert die Steuerung 61 das Förderfahrzeug 2 so, dass es sich von der Ladeposition L2 zu der Abladeposition L3 hin bewegt.
Mit dem vorstehend beschriebenen Steuersystem nach der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 den Ziel-Drehwinkel θ2 des Drehkörpers 13 aus der geraden Linie X2, die die Position der Drehmitte C1 des Drehkörpers 13 der Arbeitsmaschine 1 und die Position der Drehmitte C2 der Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2 verbindet, und der aktuellen Schneidenspitzenposition. Ferner steuert die Steuerung 27 die Arbeitsmaschine 1 so, dass sich der Drehkörper 13 entsprechend dem Ziel-Drehwinkel θ2 dreht. Dementsprechend ist es möglich, das Arbeitsgerät 12 in eine Position zu bewegen, in der die Materialien leicht auf das Förderfahrzeug 1 geladen werden können, selbst wenn das Förderfahrzeug 2 in einer Position gestoppt wird, die von der Position abweicht, in der das Förderfahrzeug 2 der Arbeitsmaschine 1 zugewandt ist. Infolgedessen ist es möglich, die Verladearbeiten auf das Förderfahrzeug 2 durch die Arbeitsmaschine 1 mit der automatischen Steuerung durchzuführen und die Arbeitsmaschine 1 und das Förderfahrzeug 2 entsprechend zu koordinieren.
Die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 steuert den Drehwinkel der Ladefläche 53 in Bezug auf den Fahrkörper 52 basierend auf der Position der Arbeitsmaschine 1 und der Position des Förderfahrzeugs 2. Dadurch kann die Verladearbeit der Materialien auf das Förderfahrzeug 2 durch die Arbeitsmaschine 1 weiter einfach durchgeführt werden.
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bisher beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifikationen können im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden.
Die Arbeitsmaschine 1 ist nicht auf einen Hydraulikbagger beschränkt und kann eine andere Maschine sein, wie z.B. ein Radlader, ein Motorgrader oder ähnliches. Die Konfiguration der Arbeitsmaschine 1 ist nicht auf die der vorstehenden Ausführungsform beschränkt und kann geändert werden. Die Arbeitsmaschine 1 kann ein Fahrzeug sein, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Zum Beispiel kann der Stützkörper 14 und/oder der Drehkörper 13 durch den Elektromotor angetrieben werden. Die Konfiguration des Arbeitsgeräts 12 kann verändert werden. Das Arbeitsgerät 12 ist z. B. nicht auf den Löffel 19 beschränkt und kann auch eine andere Ladevorrichtung, wie z. B. einen Greifer, eine Gabel, einen Hubmagneten oder ähnliches enthalten.
Das Förderfahrzeug 2 kann ein anderes Fahrzeug als der Muldenkipper sein. Die Konfiguration des Förderfahrzeugs 2 ist nicht auf die der vorstehenden Ausführungsform beschränkt und kann geändert werden. Beispielsweise kann das Förderfahrzeug 2 ein Fahrzeug sein, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Beispielsweise kann der Fahrkörper 52 und/oder die Ladefläche 53 durch den Elektromotor angetrieben werden. Die Ladefläche 53 des Förderfahrzeugs 2 ist möglicherweise nicht drehbar. Der Fahrkörper 52 des Förderfahrzeugs 2 kann anstelle der Raupenkettenbänder auch Reifen aufweisen.
Die Konfigurationen der in der Arbeitsmaschine 1 und dem Förderfahrzeug 2 enthaltenen Sensoren sind nicht auf die der vorstehenden Ausführungsform beschränkt und können geändert werden. Zum Beispiel kann der Topographiesensor 35 in einem anderen Teil als dem Seitenteil des Drehkörpers 13 angeordnet sein. Der Topografiesensor 35 ist nicht auf die LIDAR-Vorrichtung beschränkt und kann eine andere Sensorvorrichtung sein, wie z. B. eine Radarvorrichtung oder ähnliches. Alternativ kann der Topografiesensor 35 eine Kamera sein und die Steuerung 27 kann die Topografie durch Analyse der von der Kamera aufgenommenen Bilder erkennen.
In der vorstehenden Ausführungsform berechnet die Steuerung 27 die Beladungsmenge basierend auf der von den Belastungssensoren 32a bis 32c erfassten Belastungsdaten. Die Steuerung 27 kann die Beladungsmenge jedoch auch basierend auf den durch die ersten Bilddaten angezeigten Bildern der Ladefläche 53 berechnen.
Die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 ist nicht auf eine Einheit beschränkt und kann in eine Vielzahl von Steuerungen aufgeteilt sein. Der von der Steuerung 27 ausgeführte Prozess kann auf die Vielzahl von Steuerungen verteilt und ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann ein Teil der Vielzahl von Steuerungen außerhalb der Arbeitsmaschine 1 angeordnet sein.
Die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 ist nicht auf eine Einheit beschränkt und kann in eine Vielzahl von Steuerungen aufgeteilt sein. Der von der Steuerung 61 ausgeführte Prozess kann auf die Vielzahl von Steuerungen verteilt und ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann ein Teil der Vielzahl von Steuerungen außerhalb des Förderfahrzeugs 2 angeordnet sein.
Die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 und die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 können über eine andere Steuerung miteinander kommunizieren, anstatt direkt miteinander zu kommunizieren. Der Prozess des von der Steuerung 27 ausgeführten automatischen Steuermodus ist nicht auf den der vorgenannten Ausführungsform beschränkt und kann geändert werden.
Der Prozess der Bestimmung der Ziel-Stoppposition P1 kann beispielsweise von einer außerhalb der Arbeitsmaschine 1 und des Förderfahrzeugs 2 angeordneten entfernten Steuerung oder von der Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 durchgeführt werden. Der Prozess der Bestimmung des zulässigen Stoppbereichs A1 kann von der entfernten Steuerung oder der Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 ausgeführt werden. Die Bestimmung, ob sich das Förderfahrzeug 2 im Einfahrverbotsbereich A2 oder A3 befindet, kann durch die entfernte Steuerung oder die Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 erfolgen. Die Bestimmung, ob der Abweichungsabstand D1 des Förderfahrzeugs 2 von der Ziel-Fahrstrecke R1 größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kann von der entfernten Steuerung oder der Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 durchgeführt werden. Die Bestimmung des Ziel-Drehwinkels der Ladefläche 53 kann von der entfernten Steuerung oder der Steuerung 27 der Arbeitsmaschine 1 durchgeführt werden. Die Bestimmung des Ziel-Drehwinkels des Drehkörpers 13 kann durch die entfernte Steuerung oder die Steuerung 61 des Förderfahrzeugs 2 ausgeführt werden.
In der vorstehenden Ausführungsform wird die Ziel-Stoppposition von der Arbeitsmaschine 1 an das Förderfahrzeug 2 gegeben. Zusätzlich zur Ziel-Stoppposition kann/können dem Förderfahrzeug 2 (eine) Information(en) bezüglich einer Stopprichtung des Förderfahrzeugs 2 gegeben werden. Da sich der Löffel 19 der Arbeitsmaschine 1 durch die Drehoperation zwischen der Grabposition L1 und der Ziel-Stoppposition P1 bewegt, ist es vorteilhaft, dass sich der vordere Teil des Förderfahrzeugs 2 nicht im Bewegungsbereich des Löffels 19 befindet. So kann die Vorgabe der Stopprichtung des Förderfahrzeugs 2 an das Förderfahrzeug 2, um das Förderfahrzeug 2 ordnungsgemäß zu stoppen, den Einfluss auf die Ladeoperation durch das Förderfahrzeug 2 reduzieren. Dies ist besonders effektiv, wenn das Förderfahrzeug 2 eine stationäre Ladefläche aufweist, die sich nicht dreht.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Verladearbeit auf das Förderfahrzeug durch die Arbeitsmaschine mit der automatischen Steuerung durchzuführen und die Arbeitsmaschine und das Förderfahrzeug angemessen zu koordinieren.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitsmaschine
2: Förderfahrzeug
13: Drehkörper
14: Stützkörper
52: Fahrkörper
53: Ladefläche
271: Erster Prozessor
611: Zweiter Prozessor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000192514 [0004]

Claims

System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, enthaltend ein Arbeitsgerät, einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und einen Stützkörper, der den Drehkörper drehbar stützt und die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt, wobei das System umfasst: einen ersten Prozessor zur Steuerung der Arbeitsmaschine, wobei der erste Prozessor eingerichtet ist, um Daten zu erfassen, die eine Position eines vorbestimmten Referenzpunktes angeben, der im Förderfahrzeug enthalten ist, Daten zu erfassen, die eine Position einer Drehmitte des Drehkörpers angeben, Daten zu erfassen, die eine Position einer Schneidenspitze des Arbeitsgeräts angeben, aus einer gerade Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und die Position des Referenzpunkts des Förderfahrzeugs verbindet, und einer aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts, einen Ziel-Drehwinkel des Drehkörpers zu bestimmen, und den Drehkörper zu steuern, sich entsprechend dem Ziel-Drehwinkel zu drehen.
System nach Anspruch 1, wobei das Förderfahrzeug eine Ladefläche enthält, und der Referenzpunkt in der Ladefläche positioniert ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Förderfahrzeug enthält einen Fahrkörper, und eine Ladefläche, die drehbar in Bezug auf den Fahrkörper gestützt ist, und wobei der erste Prozessor eingerichtet ist, den Ziel-Drehwinkel des Drehkörpers aus einer geraden Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und eine Position einer Drehmitte der Ladefläche verbindet, und der aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts zu bestimmen.
System nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen zweiten Prozessor zur Steuerung des Förderfahrzeugs, wobei der zweite Prozessor eingerichtet ist, um Daten zu erfassen, die die Position der Drehmitte der Ladefläche angeben, Daten zu erfassen, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers angeben, und einen Drehwinkel der Ladefläche in Bezug auf den Fahrkörper basierend auf einer Richtung der geraden Linie, die die Drehmitte der Ladefläche und die Drehmitte des Drehkörpers verbindet, zu steuern.
Verfahren, das von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, um eine Arbeitsmaschine zu steuern, die ein Arbeitsgerät, einen Drehkörper, an dem das Arbeitsgerät angebracht ist, und einen Stützkörper enthält, der den Drehkörper drehbar stützt und die Materialien auf ein Förderfahrzeug lädt, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen von Daten, die eine Position eines vorbestimmten Referenzpunktes angeben, der in dem Förderfahrzeug enthalten ist; Erfassen von Daten, die eine Position einer Drehmitte des Drehkörpers angeben; Erfassen von Daten, die eine Position einer Schneidenspitze des Arbeitsgeräts angeben; Bestimmen eines Ziel-Drehwinkels des Drehkörpers aus einer geraden Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und die Position des Referenzpunkts des Förderfahrzeugs verbindet, und einer aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts; und Steuern des Drehkörpers zur Drehung entsprechend dem Ziel-Drehwinkel.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Förderfahrzeug eine Ladefläche enthält, und der Referenzpunkt auf der Ladefläche positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Förderfahrzeug enthält einen Fahrkörper, und eine Ladefläche, die drehbar in Bezug auf den Fahrkörper gestützt ist, und der Ziel-Drehwinkel aus einer geraden Linie, die die Position der Drehmitte des Drehkörpers und eine Position einer Drehmitte der Ladefläche verbindet, und der aktuellen Position der Schneidenspitze des Arbeitsgeräts bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Erfassen von Daten, die die Position der Drehmitte der Ladefläche angeben; und Steuern eines Drehwinkels der Ladefläche in Bezug auf den Fahrkörper basierend auf einer Richtung der geraden Linie, die die Drehmitte der Ladefläche und die Drehmitte des Drehkörpers verbindet.