DE112019003881T5

DE112019003881T5 - Steuervorrichtung und steuerverfahren für lademaschinen

Info

Publication number: DE112019003881T5
Application number: DE112019003881.8T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Konda; Kazuhiro Hatake; Takeshi Oi; Masanori Aizawa
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US20210164192A1; JP2022168304A; JP2020041352A; US12024851B2; WO2020054418A1; CN112639210B; JP7144252B2; CN112639210A

Abstract

In einer Steuervorrichtung einer Lademaschine bestimmt eine Ladezielbestimmungseinheit eine Position und Form eines Ladeziels. Eine Einheit zur Festlegung der Vermeidungsposition bestimmt eine Störungsvermeidungsposition, die sich um einen vorbestimmten Abstand außerhalb des Ladeziels befindet, basierend auf der Position und der Form des Ladeziels. Eine Bewegungsverarbeitungseinheit gibt ein Betriebssignal aus, um nur den Schwenkkörper anzutreiben, bis ein Löffel die Störvermeidungsposition erreicht, um zu bewirken, dass sich der Löffel in die Störvermeidungsposition bewegt. Die Bewegungssteuerungseinheit gibt ein Betriebssignal aus, um den Schwenkkörper und das Arbeitsgerät anzutreiben, nachdem der Löffel die Störvermeidungsposition erreicht hat, um zu bewirken, dass sich der Löffel in eine Aushubposition oberhalb eines Aushubziels bewegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für eine Lademaschine.
Es wird die Priorität der am 12. September 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-170738 beansprucht, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren zur automatischen Ladesteuerung einer Lademaschine. Bei der automatischen Ladesteuerung empfängt eine Steuervorrichtung eine bestimmten Ladepstelle von einem Bediener oder dergleichen der Lademaschine, und die Steuervorrichtung steuert die Bewegung der Lademaschine und des Arbeitsgeräts, um eine Bewegung eines Löffels zu der Ladestelle zu bewirken. Gemäß der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik speichert die Steuervorrichtung eine Zeitreihe der Positionen des Arbeitsgeräts im Voraus, um das Arbeitsgerät zu veranlassen, entsprechend der Zeitreihe betrieben zu werden.
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 an der Ladestelle wird Erde entladen. Es besteht die Anforderung, dass das Arbeitsgerät automatisch zu einem Aushubstelle fährt, nachdem die Erde am Ladestelle entladen wurde. Dabei muss sich das Arbeitsgerät so bewegen, dass der Löffel nicht mit einem Ladeziel kollidiert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Steuerungsverfahren für eine Lademaschine bereitzustellen, die einen Löffel dazu veranlassen, sich derart zu einem Aushubstelle zu bewegen, dass ein Ladeziel und der Löffel sich nicht gegenseitig behindern.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung einer Lademaschine bereitgestellt, die einen Schwenkkörper, der um einen Schwenkmittelpunkt schwenkt, und ein Arbeitsgerät enthält, das einen Löffel umfasst und an dem Schwenkkörper angebracht ist, wobei die Vorrichtung enthält: eine Ladezielbestimmungseinheit, die eine Position und Form eines Ladeziels bestimmt; eine Vermeidungspositionsbestimmungseinheit, die eine Störungsvermeidungsposition bestimmt, die um einen vorbestimmten Abstand außerhalb des Ladeziels angeordnet ist, basierend auf der Position und Form des Ladeziels und eine Bewegungsverarbeitungseinheit, die ein Betriebssignal ausgibt, um nur den Schwenkkörper anzutreiben, bis der Löffel die Störungsvermeidungsposition von einer Ladeposition über dem Ladeziel erreicht, um zu bewirken, dass sich der Löffel zu der Störungsvermeidungsposition bewegt, und die ein Betriebssignal ausgibt, um den Schwenkkörper und das Arbeitsgerät anzutreiben, nachdem der Löffel die Störungsvermeidungsposition erreicht hat, um zu bewirken, dass sich der Löffel zu einer Aushubposition über einem Aushubziel bewegt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß mindestens einem der obigen Aspekte kann die Steuervorrichtung der Lademaschine die Bewegung des Löffels zu einem Aushubstelle veranlassen und dabei eine Beeinträchtigung zwischen dem Ladeziel und dem Löffel verhindern.
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 den Weg eines Löffels vor dem Aushub bei der automatischen Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Weg des Löffels nach dem Aushub bei der automatischen Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das die automatische Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das die automatische Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das die automatische Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich 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, die Erde an einer Ladestelle, z. B. einem Transportfahrzeug, entlädt. Die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Hydraulikbagger. Im Übrigen kann die Lademaschine 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform eine andere Lademaschine als der Hydraulikbagger sein. Außerdem ist die in 1 dargestellte Lademaschine 100 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 Hydraulikdruck angetriebenes und vom Schwenkkörper 120 getragenes Arbeitsgerät 130. Der Schwenkkörper 120 ist um den Drehpunkt schwenkbar gelagert.
Das Arbeitsgerät 130 umfasst einen Ausleger 131, einen Arm 132, einen Löffel 133, einen Auslegerzylinder 134, einen Armzylinder 135, einen Löffelzylinder 136, einen Auslegerhubsensor 137, einen Armhubsensor 138 und einen Löffelhubsensor 139.
Ein proximaler Endabschnitt des Auslegers 131 ist über einen Bolzen am Schwenkkörper 120 befestigt.
Der Arm 132 verbindet den Ausleger 131 und den Löffel 133. Ein proximaler Endabschnitt des Arms 132 ist über einen Bolzen an einem Spitzenendabschnitt des Auslegers 131 befestigt.
Der Löffel 133 enthält eine Klinge, die Erde oder ähnliches aushebt, und einen Behälter, der die ausgehobene Erde trägt. Ein proximaler Endabschnitt des Löffels 133 ist über einen Bolzen an einem Spitzenendabschnitt des Arms 132 befestigt.
Der Auslegerzylinder 134 ist ein Hydraulikzylinder, der den Ausleger 131 antreibt. Ein proximaler Endabschnitt des Auslegerzylinders 134 ist am Schwenkkörper 120 befestigt. Ein Spitzenendabschnitt des Auslegerzylinders 134 ist am Ausleger 131 befestigt.
Der Armzylinder 135 ist ein Hydraulikzylinder, der den Arm 132 antreibt. Ein proximaler Endabschnitt des Armzylinders 135 ist an dem Ausleger 131 befestigt. Ein vorderer Endabschnitt des Armzylinders 135 ist am Arm 132 befestigt.
Der Löffelzylinder 136 ist ein Hydraulikzylinder, der den Löffel 133 antreibt. Ein proximaler Endabschnitt des Löffelzylinders 136 ist am Arm 132 befestigt. Ein vorderer Endabschnitt des Löffelzylinders 136 ist an einem Verbindungsmechanismus befestigt, der den Löffel 133 dreht.
Der Auslegerhubsensor 137 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. Das heißt, der Hubbetrag des Auslegerzylinders 134 kann in den absoluten Winkel des Auslegers 131 umgerechnet werden.
Der Armhubsensor 138 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 Löffelhubsensor 139 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 relativer Winkel des Löffels 133 bezeichnet.
Übrigens kann die Lademaschine 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform anstelle des Auslegerhubsensors 137, des Armhubsensors 138 und des Löffelhubsensors 139 auch Winkelsensoren enthalten, die einen Neigungswinkel in Bezug auf die Bodenoberfläche oder einen Neigungswinkel in Bezug auf den Schwenkkörper 120 erfassen.
Der Schwenkkörper 120 ist mit einer Kabine 121 versehen. In der Kabine 121 befinden sich ein Bedienersitz 122, auf dem ein Bediener sitzt, eine Bedienungsvorrichtung 123, die die Lademaschine 100 betätigt, und eine Erfassungsvorrichtung 124, die die dreidimensionale Position eines in einer Erfassungsrichtung vorhandenen Objekts erfasst. Die Bedienungsvorrichtung 123 erzeugt ein Hebebetriebssignal und ein Senkbetriebssignal für den Ausleger 131, ein Schubbetriebssignal und ein Zugbetriebssignal für den Arm 132, ein Entladebetriebssignal und ein Aushubbetriebssignal für den Löffel 133 sowie Rechts- und Linksschwenkbetriebssignale für den Schwenkkörper 120 als Reaktion auf eine Bedienung durch den Bediener, um die erzeugten Signale an eine Steuervorrichtung 128 auszugeben. Zusätzlich erzeugt die Bedienungsvorrichtung 123 ein Aushub- und Ladebefehlssignal, um das Arbeitsgerät 130 zu veranlassen, die automatische Aushub- und Ladesteuerung als Reaktion auf eine Bedienung durch den Bediener zu starten, und gibt das erzeugte Aushub- und Ladebefehlssignal an die Steuervorrichtung 128 aus. Die automatische Aushub- und Ladesteuerung ist eine Steuerung, die die automatische Ausführung einer Reihe von Bewegungen bewirkt, einschließlich des Schwenkens des Schwenkkörpers 120, um das Arbeitsgerät 130 zu einer Aushubstelle zu bewegen, des Aushubs von Erde an der Aushubstelle und des Schwenkens des Schwenkkörpers 120, um die Erde, die sich im Löffel 133 befindet, an einem Ladeziel 200 (zum Beispiel ein Transportfahrzeug oder einen Trichter) zu entladen.
Die Bedienungsvorrichtung 123 umfasst z. B. einen Hebel, einen Schalter und ein Pedal. Das Aushub- und Ladebefehlssignal wird durch Betätigen eines Schalters zur automatischen Steuerung erzeugt. Wenn der Schalter z. B. eingeschaltet wird, wird das Aushub- und Ladebefehlssignal ausgegeben. Die Bedienungsvorrichtung 123 ist in der Nähe des Bedienersitzes 122 angeordnet. Die Bedienungsvorrichtung 123 befindet sich in einem Bereich, in dem der Bediener die Bedienungsvorrichtung 123 bedienen kann, wenn er auf dem Bedienersitz 122 sitzt.
Beispiele für die Erfassungsvorrichtung 124 sind eine Stereokamera, ein LiDAR-Gerät, ein Laserscanner und dergleichen. Die Erfassungsvorrichtung 124 ist z. B. so vorgesehen, dass ihre Erfassungsrichtung zur Vorderseite der Kabine 121 der Lademaschine 100 zeigt. Die Erfassungsvorrichtung 124 gibt die dreidimensionale Position eines Objekts in einem Koordinatensystem in Bezug auf die Position der Erfassungsvorrichtung 124 an.
Im Übrigen führt die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform eine Bewegung entsprechend einer Bedienung durch den auf dem Bedienersitz 122 sitzenden Bediener aus; die vorliegende Erfindung ist jedoch in einer weiteren Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Lademaschine 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Bewegung ausführen, indem sie ein Betriebssignal oder ein Aushub- und Ladeanweisungssignal empfängt, das von einer Fernbedienung des Bedieners übertragen wird, der einen Steuerung außerhalb der Lademaschine 100 durchführt.
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 die Position des Schwenkkörpers 120 und die Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120. Der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 enthält zwei Empfänger, die Positionssignale von künstlichen Satelliten, die das GNSS bilden, empfangen. Die beiden Empfänger sind an unterschiedlichen Positionen am Schwenkkörper 120 installiert. Der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 ermittelt anhand der von den Empfängern empfangenen Positionierungssignale die Position eines repräsentativen Punktes des Schwenkkörpers 120 in einem Standortkoordinatensystem (Ursprung eines Baggerkoordinatensystems).
Der Positions- und Azimutrichtungsrechner 125 berechnet aus den Positionssignalen, die von den beiden Empfängern empfangen werden, die Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120 als Verhältnis zwischen der Montageposition des einen Empfängers und der Montageposition des anderen Empfängers. Die Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120 ist die vordere Richtung des Schwenkkörpers 120 und ist gleich einer horizontalen Komponente der Erstreckungsrichtung einer Geraden, die sich vom Ausleger 131 zum Löffel 133 des Arbeitsgeräts 130 erstreckt.
Das Neigungsmessgerät 126 misst die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120, um anhand eines Messergebnisses die Lage (z. B. den Roll- und den Nickwinkel) des Schwenkkörpers 120 zu erfassen. Das Neigungsmessgerät 126 wird z. B. an einer Unterseite des Schwenkkörpers 120 montiert. Als Neigungsmessgerät 126 kann z. B. eine inertiale Messeinheit (IMU) verwendet werden.
Die Hydraulikvorrichtung 127 umfasst einen Hydrauliköltank, eine Hydraulikpumpe und ein Durchflussregelventil. Die Hydraulikpumpe wird durch die Kraft eines Motors (nicht dargestellt) angetrieben, um einem Fahrhydraulikmotor (nicht dargestellt), der den Unterwagen 110 bewegt, einem Schwenkhydraulikmotor (nicht dargestellt), der den Schwenkkörper 120 schwenkt, dem Auslegerzylinder 134, dem Armzylinder 135 und dem Löffelzylinder 136 über das Durchflussregelventil ein Hydrauliköl zuzuführen. Das Durchflussregelventil umfasst einen stangenförmigen Steuerkolben und stellt die Durchflussmenge des Hydrauliköls ein, das dem Fahrhydraulikmotor, dem Schwenkhydraulikmotor, dem Auslegerzylinder 134, dem Armzylinder 135 und dem Löffelzylinder 136 zugeführt wird. Der Steuerkolben wird entsprechend einem von der Steuervorrichtung 128 empfangenen Steuerbefehl angetrieben. Die Menge des Hydrauliköls, die dem Fahrhydraulikmotor, dem Schwenkhydraulikmotor, dem Auslegerzylinder 134, dem Armzylinder 135 und dem Löffelzylinder 136 zugeführt werden soll, wird nämlich von der Steuervorrichtung 128 gesteuert. Wie zuvor beschrieben, werden der Auslegerzylinder 134, der Armzylinder 135 und der Löffelzylinder 136 von dem Hydrauliköl angetrieben, das von der gemeinsamen Hydraulikvorrichtung 127 zugeführt wird.
Die Steuervorrichtung 128 empfängt ein Betriebssignal von der Bedienungsvorrichtung 123. Die Steuervorrichtung 128 steuert das Arbeitsgerät 130, den Schwenkkörper 120 oder den Unterwagen 110 entsprechend dem empfangenen Betriebssignal 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, um das Programm im Hauptspeicher 1200 einzusetzen und dann einen Prozess gemäß dem Programm auszuführen.
Beispiele für den Speicher 1300 sind eine HDD, eine SSD, eine Magnetplatte, eine magneto-optische Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM und dergleichen. Der Speicher 1300 kann ein internes Medium, das direkt mit einer gemeinsamen Kommunikationsleitung der Steuervorrichtung 128 verbunden ist, ein externes Medium, das über die Schnittstelle 1400 mit der Steuervorrichtung 128 verbunden ist, sein. Der Speicher 1300 ist ein Speichermedium vom nichtflüchtigen Typ.
Der Prozessor 1100 führt das Programm aus und enthält eine Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101, eine Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102, eine Betriebssignaleingabeeinheit 1103, eine Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104, eine Kartenerzeugungseinheit 1105, eine Ladezielbestimmungseinheit 1106, eine Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107, eine Aushubzielbestimmungseinheit 1108, eine Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109, eine Absenkanschlagbestimmungseinheit 1110, eine Ladepositionsbestimmungseinheit 1111, eine Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 und eine Betriebssignalausgabeeinheit 1113.
Die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst z. B. die Schwenkgeschwindigkeit, die Position und die Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120, die Neigungswinkel des Auslegers 131, des Arms 132 und des Löffels 133 sowie die Haltung des Schwenkkörpers 120. Nachfolgend werden die von der Fahrzeuginformations-erfassungseinheit 1101 erfassten Informationen über die Lademaschine 100 als Fahrzeuginformationen bezeichnet.
Die Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102 erfasst Tiefeninformationen von der Erfassungsvorrichtung 124. Die Tiefeninformationen zeigen die dreidimensionalen Positionen einer Vielzahl von Punkten innerhalb eines Erfassungsbereichs R an. Beispiele für die Tiefeninformationen umfassen ein Tiefenbild, das aus einer Vielzahl von Pixeln gebildet wird, die Tiefen darstellen, und Punktwolkendaten, die aus einer Vielzahl von Punkten gebildet werden, die durch ein kartesisches Koordinatensystem (x, y, z) dargestellt werden.
Die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 empfängt eine Eingabe eines Betriebssignals von der Bedienungsvorrichtung 123. Das Betriebssignal umfasst ein Hebebetriebssignal und ein Absenkbetriebssignal für den Ausleger 131, ein Schubbetriebssignal und ein Zugbetriebssignal für den Arm 132, ein Entladebetriebssignal und ein Aushubbetriebssignal für den Löffel 133, ein Schwenkbetriebssignal für den Schwenkkörper 120, ein Fahrbetriebssignal für den Unterwagen 110 und ein Aushub- und Ladebefehlssignal für die Lademaschine 100.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Weg des Löffels vor dem Aushub bei der automatischen Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 bestimmt eine Position P (siehe 1) des Spitzenendabschnitts des Arms 132 im Baggerkoordinatensystem und eine Höhe Hb von einem Spitzenende des Arms 132 zum niedrigsten Durchgangspunkt des Löffels 133 auf der Grundlage der Fahrzeuginformationen, die des Löffels 133 bezieht sich auf einen Punkt, an dem sich die Zähne befinden, wenn der Abstand zwischen den Zähnen und der Bodenoberfläche während eines Kipp- bzw. Entladevorgangs des Löffels 133 am geringsten ist. Die Höhe Hb vom vorderen Ende des Arms 132 bis zum tiefsten Durchgangspunkt des Löffels 133 fällt mit der Länge vom Bolzen des proximalen Endabschnitts des Löffels 133 bis zu den Zähnen zusammen. Da übrigens der proximale Endabschnitt des Löffels 133 mit dem Spitzenendabschnitt des Arms 132 verbunden ist, ist die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 gleich der Position des proximalen Endabschnitts des Löffels 133.
Konkret legt die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 die Position P des Spitzenendabschnitts des Auslegers 132 gemäß dem folgenden Verfahren fest. Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 erhält die Position des Spitzenendabschnitts des Auslegers 131 basierend auf dem absoluten Winkel des Auslegers 131, der aus dem Hubbetrag des Auslegerzylinders 134 und der bekannten Länge des Auslegers 131 (Abstand vom Bolzen des proximalen Endabschnitts zum Bolzen des Spitzenendabschnitts) erhalten wird. Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 ermittelt den absoluten Winkel des Arms 132 basierend auf dem absoluten Winkel des Auslegers 131 und dem relativen Winkel des Arms 132, der aus dem Hubbetrag des Armzylinders 135 erhalten wird. Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 ermittelt die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 basierend auf der Position des Spitzenendabschnitts des Auslegers 131, dem absoluten Winkel des Arms 132 und der bekannten Länge des Arms 132 (Abstand vom Bolzen des proximalen Endabschnitts zum Bolzen des Spitzenendabschnitts).
Die Kartenerzeugungseinheit 1105 erzeugt eine dreidimensionale Karte, die die Form von mindestens einem Bereich um die Lademaschine 100 im Standortkoordinatensystem darstellt, basierend auf der Position, der Azimutrichtung und der Haltung des Schwenkkörpers 120, die von der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst wurden, und den Tiefeninformationen, die von der Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102 erfasst wurden. Die Kartenerzeugungseinheit 1105 überlagert eine Vielzahl von Tiefeninformationen, die für unterschiedliche Erfassungsbereiche von der Erfassungsvorrichtung 124 beim Schwenken des Schwenkkörpers 120 erfasst werden, um eine dreidimensionale Karte zu erzeugen, die das Ladeziel 200 und ein Aushubziel enthält. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kartenerzeugungseinheit 1105 übrigens eine dreidimensionale Karte im Baggerkoordinatensystem in Bezug auf den Schwenkkörper 120 erzeugen.
Die Ladezielbestimmungseinheit 1106 bestimmt die Position und Form des Ladeziels 200 auf der Grundlage der dreidimensionalen Karte, die von der Kartenerzeugungseinheit 1105 erzeugt wurde. Zum Beispiel gleicht die Ladezielbestimmungseinheit 1106 eine dreidimensionale Form, die durch die dreidimensionale Karte dargestellt wird, mit der bekannten Form des Ladeziels 200 ab, um die Position und Form des Ladeziels 200 zu bestimmen.
Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107 legt eine Störungsvermeidungsposition P02 fest, die ein Punkt ist, an dem sich das Arbeitsgerät 130 und das Ladeziel 200 in einer Draufsicht von oben nicht gegenseitig stören, basierend auf der Position der Lademaschine 100, die von der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst wird, und der Position und Form des Ladeziels 200, die von der Ladezielbestimmungseinheit 1106 festgelegt werden. Die Störungsvermeidungsposition P02 ist eine Position, die die gleiche Höhe hat wie die Position P (Leerlaufschwenk-Startposition P01) des Spitzenendes des Arms 132 zu Beginn der automatischen Aushub- und Ladesteuerung, zu der der Abstand vom Schwenkmittelpunkt des Schwenkkörpers 120 gleich dem Abstand vom Schwenkmittelpunkt zur Leerlaufschwenk-Startposition P01 ist, und unterhalb derer das Ladeziel 200 nicht existiert. Beispielsweise legt die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107 einen Kreis mit dem Schwenkmittelpunkt des Schwenkkörpers 120 als Mittelpunkt und dem Abstand zwischen dem Schwenkmittelpunkt und der Leerlaufschwenk-Startposition P01 als Radius fest, um eine Position auf dem Kreis als Störungsvermeidungsposition P02 festzulegen, bei der die äußere Form des Löffels 133 in einer Draufsicht von oben nicht mit dem Ladeziel 200 kollidiert und die der Leerlaufschwenk-Startposition P01 am nächsten ist. Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107 kann anhand der Position und der Form des Ladeziels 200 und der bekannten Form des Löffels 133 bestimmen, ob sich das Ladeziel 200 und der Löffel 133 gegenseitig stören oder nicht. Hier sind „gleiche Höhe“ und „gleicher Abstand“ nicht unbedingt auf einen Fall beschränkt, in dem die Höhen oder die Abstände vollständig übereinstimmen und einige Fehler und Spielräume zulassen.
Die Aushubzielbestimmungseinheit 1108 bestimmt die Position einer Aushubstelle P22 des Aushubziels basierend auf der dreidimensionalen Karte, die von der Kartenerzeugungseinheit 1105 erzeugt wurde. Die Aushubstelle P22 ist z. B. ein Punkt, von dem aus die Zähne des Löffels 133 in eine Aushubrichtung des Arms 132 und des Löffels 133 bewegt werden, so dass die Erdmenge, die der maximalen Kapazität des Löffels 133 entspricht, an diesem Punkt ausgehoben werden kann. Die Aushubzielbestimmungseinheit 1108 bestimmt zum Beispiel die Verteilung der Erde des Aushubziels aus der dreidimensionalen Form, die durch die dreidimensionale Karte dargestellt wird, und bestimmt die Aushubstelle P22 basierend auf der Verteilung.
Die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 bestimmt einen Punkt, der von der Aushubstelle P22, die durch die Aushubzielbestimmungseinheit 1108 bestimmt wurde, um den Abstand von dem proximalen Endabschnitt zu den Zähnen des Löffels 133 entfernt ist, als Aushubposition P05. Nämlich in einem Fall, in dem der Löffel 133 eine vorbestimmte Aushubstellung einnimmt, bei der die Zähne in eine Aushubrichtung weisen, wenn sich die Zähne des Löffels 133 an der Aushubstelle P22 befinden, befindet sich das Spitzenende des Arms 132 an der Aushubposition P05. Da die Aushubstelle P22 auf der Grundlage der dreidimensionalen Karte festgelegt wird, kann man sagen, dass die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 die Aushubposition P05 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Erfassungsvorrichtung 124 festlegt. Im Übrigen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 die Aushubposition P05 gemäß einer Anweisung des Bedieners der Lademaschine 100 bestimmen. Zum Beispiel kann der Bediener den Löffel 133 an die Aushubposition P05 setzen, indem eine vorbestimmte Taste gedrückt wird und so die Aushubposition P05 anzuweisen, oder er kann ein Eingabegerät wie ein Touchpanel verwenden, um die Aushubposition P05 anzuweisen.
Zusätzlich bestimmt die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 eine Position, die sich um eine vorgegebene Höhe über der Aushubposition P05 befindet, als Schwenkendposition P04.
Die Absenkanschlagbestimmungseinheit 1110 bestimmt, ob die Höhe des Spitzenendes des Arms 132 die gleiche Höhe wie die Schwenkendposition P04 ist oder nicht, wenn der Absenkungsvorgang des Arbeitsgeräts 130 zur gleichen Zeit durchgeführt wird, zu der das Schwenken des Schwenkkörpers 120 im Leerlauf erfolgt. Die Position des Spitzenendes des Arms 132 zu diesem Zeitpunkt wird als Absenkanschlagposition P03 bezeichnet.
Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 bestimmt eine Ladeposition P07 basierend auf der Position und Form des Ladeziels 200, das von der Ladezielbestimmungseinheit 1106 bestimmt wurde. Insbesondere legt die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 die Ladeposition P07 wie folgt fest.
4 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Weg des Löffels nach dem Aushub bei der automatischen Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 legt einen Ladespunkt bzw. eine Ladestelle P21 oberhalb des Ladeziels 200 als Ebenenposition der Ladeposition P07 fest. Wenn sich die Spitze des Arms 132 an der Ladeposition P07 befindet, befindet sich die Spitze des Arms 132 über dem Ladepunkt P21. Beispiele für den Ladepunkt P21 sind der Mittelpunkt eines Behälters, wenn das Ladeziel 200 ein Kipper ist, und der Mittelpunkt einer Öffnung, wenn das Ladeziel 200 ein Trichter ist. Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 addiert die Höhe Hb vom Spitzenende des Arms 132 zum niedrigsten Durchgangspunkt des Löffels 133, wobei die Höhe Hb durch die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 bestimmt wird, und die Höhe einesr Steuerspanne des Löffels 133 zu einer Höhe Ht des Ladeziels 200, um die Höhe der Ladeposition P07 zu bestimmen. Übrigens kann in einer weiteren Ausführungsform die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 die Ladeposition P07 bestimmen, ohne die Höhe der Steuerspanne zu addieren. Das heißt, die Ladepositionsangabeeinheit 1111 kann die Höhe Hb zur Höhe Ht addieren, um die Höhe der Ladeposition P07 anzugeben. Übrigens ist die Höhe Ht gemäß der ersten Ausführungsform eine Höhe vom Boden bis zu einer oberen Fläche des Behälters.
Wenn die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eine Eingabe des Aushub- und Ladebefehlssignals empfängt, erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Drehbetriebssignal, um den Löffel 133 zu veranlassen, sich zur Aushubposition P05 zu bewegen, basierend auf der Aushubposition P05, die durch die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 bestimmt wird, und der Störungsvermeidungsposition P02, die durch die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107 bestimmt wird. Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 erzeugt nämlich ein Drehbetriebssignal, so dass der Löffel 133 die Aushubposition P05 von der Leerlaufschwenk-Startposition P01 über die Störungsvermeidungsposition P02, die Absenkanschlagposition P03 und die Schwenkendposition P04 erreicht. Wenn der Löffel 133 die Aushubposition P05 erreicht, erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Aushubbetriebssignal, um den Löffel 133 zu veranlassen, sich zu drehen oder in Aushubrichtung zu bewegen.
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 erzeugt ein Drehbetriebssignal, um den Löffel 133 zu veranlassen, sich zu der Ladeposition P07 zu bewegen, basierend auf der Ladeposition P07, die durch die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 bestimmt wurde, und der Störungsvermeidungsposition P02, die durch die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107 bestimmt wurde. Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 erzeugt nämlich ein Drehbetriebssignal, um den Löffel 133 zu veranlassen, die Ladeposition P07 von einer Aushubbeendigungsposition P05' über eine Lastschwenkstartposition P06 und die Störungsvermeidungsposition P02 zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 das Drehbetriebssignal für den Löffel 133, so dass der Bodenwinkel des Löffels 133 nicht verändert wird, selbst wenn der Ausleger 131 und der Arm 132 angetrieben werden. Wenn der Löffel 133 die Ladeposition P07 erreicht, erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Entladebetriebssignal, um zu bewirken, dass sich der Löffel 133 in die Kipprichtung dreht.
Die Betriebssignalausgabeeinheit 1113 gibt das in die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eingegebene Betriebssignal oder das von der Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 erzeugte Betriebssignal aus. Insbesondere gibt die Betriebssignalausgabeeinheit 1113 das Betriebssignal aus, das sich auf die automatische Steuerung bezieht, die von der Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 erzeugt wird, wenn die automatische Aushub- und Ladesteuerung durchgeführt wird, und gibt das Betriebssignal aus, das sich auf eine manuelle Bedienung des Bedieners bezieht, die in die Betriebssignaleingabeeinheit 1103 eingegeben wird, wenn die automatische Aushub- und Ladesteuerung nicht durchgeführt wird.
«Automatische Aushub- und Ladesteuerung»
Wenn der Bediener der Lademaschine 100 feststellt, dass sich die Lademaschine 100 und das Ladeziel 200 in einer Positionsbeziehung befinden, in der ein Ladevorgang durchgeführt werden kann, schaltet der Bediener den Schalter zur automatischen Steuerung der Bedienungsvorrichtung 123 ein. Dementsprechend erzeugt die Bedienungsvorrichtung 123 das Aushub- und Ladebefehlssignal und gibt es aus.
5 und 7 sind Flussdiagramme, die die automatische Aushub- und Ladesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. Wenn die Steuervorrichtung 128 ein Aushub- und Ladebefehlssignal vom Bediener empfängt, führt die Steuervorrichtung 128 die in den 5 bis 7 dargestellte automatische Aushub- und Ladesteuerung aus. Übrigens ist die Leerlaufschwenk-Startposition P01, die die Position des Löffels 133 zu Beginn des automatischen Aushubs ist, eine Position oberhalb des Ladeziels 200, und die Position stört das Ladeziel 200 während des Schwenkens nicht. Wenn die automatische Aushub- und Ladesteuerung kontinuierlich ausgeführt wird, fällt die Leerlaufschwenk-Startposition P01 mit der Ladeposition P07 zusammen.
Die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst die Position und Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120, die Neigungswinkel des Auslegers 131, des Arms 132 und des Löffels 133 sowie die Körperhaltung des Schwenkkörpers 120 (Schritt S1). Die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 legt die Position des Schwenkmittelpunkts des Schwenkkörpers 120 basierend auf der erfassten Position und Azimutrichtung des Schwenkkörpers 120 fest (Schritt S2).
Die Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102 erfasst die Tiefeninformationen, die die Tiefen um die Lademaschine 100 herum angeben, von der Erfassungsvorrichtung 124 (Schritt S3). Die Kartenerzeugungseinheit 1105 aktualisiert die dreidimensionale Karte, die die Form mindestens eines Abschnitts um die Lademaschine 100 herum im Standortkoordinatensystem darstellt, basierend auf der Position, der Azimutrichtung und der Haltung des Schwenkkörpers 120, die von der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst werden, und den Tiefeninformationen, die von der Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102 erfasst werden (Schritt S4). Das heißt, die Kartenerzeugungseinheit 1105 überlagert die zu diesem Zeitpunkt erfassten Tiefeninformationen mit der in der Vergangenheit erzeugten dreidimensionalen Karte, um die dreidimensionale Karte zu aktualisieren. Die Ladezielbestimmungseinheit 1106 bestimmt die Position und die Form des Ladeziels 200 basierend auf den aktualisierten Karteninformationen (Schritt S5).
Die Löffelpositionsbestimmungseinheit 1104 bestimmt die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132, wenn das Aushub- und Ladebefehlssignal als die Leerlaufschwenk-Startposition P01 eingegeben wird, und bestimmt die Höhe Hb vom Spitzenende des Arms 132 bis zum niedrigsten Durchgangspunkt des Löffels 133, basierend auf den Fahrzeuginformationen, die von der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst werden (Schritt S6).
Die Aushubzielbestimmungseinheit 1108 bestimmt die Aushubstelle P22 basierend auf der in Schritt S4 erzeugten dreidimensionalen Karte (Schritt S7). Die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 bestimmt die Aushubposition P05 und die Schwenkendposition P04 basierend auf der Position der Aushubstelle P22, der von der Aushubzielbestimmungseinheit 1108 bestimmt wurde (Schritt S8).
Die Vermeidungspositionsbestimmungseinheit 1107 bestimmt die Störungsvermeidungsposition P02 auf der Grundlage der in Schritt S6 bestimmten Leerlaufschwenk-Startposition P01 und der von der Bestimmungseinheit 1106 für das Lastziel bestimmten Position und Form des Lastziels 200 (Schritt S9).
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 bestimmt, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Schwenkendposition P04 erreicht hat oder nicht (Schritt S10). Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Schwenkendposition P04 nicht erreicht hat (Schritt S 10: NEIN), bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P02 durchlaufen hat oder nicht (Schritt S11). Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P02 nicht durchlaufen hat (Schritt S11: NEIN), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 kein Betriebssignal für den Ausleger 131, den Arm 132 und den Löffel 133. Wenn nämlich die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P02 nicht durchlaufen hat, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 die Ausgabe eines Betriebssignals, das ein Absenken des Arbeitsgeräts 130 veranlasst.
Andererseits, wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P02 durchlaufen hat (Schritt S11: JA), bestimmt die Absenkanschlagbestimmungseinheit 1110, ob die Position P des Spitzenendes des Arms 132 höher als die Schwenkendposition P04 ist oder nicht (Schritt S12). Wenn die Position P des Spitzenendes des Arms 132 höher ist als die Schwenkendposition P04 (Schritt S12: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Betriebssignal für den Ausleger 131 und den Arm 132, um zu bewirken, dass die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 abgesenkt wird (Schritt S13).
Andererseits, wenn die Höhe der Position P des Spitzenendes des Arms 132 die Höhe der Schwenkendposition P04 oder weniger ist (Schritt S13: NEIN), stoppt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 vorübergehend die Erzeugung eines Betriebssignals für den Ausleger 131 und den Arm 132, wodruch die Absenkung der Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 bewirkt wird.
Als nächstes bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112, ob die Ebenenposition des Spitzenendes des Arms 132 die Schwenkendposition P04 erreicht oder nicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S14). In einem Fall, in dem die Ebenenposition des Spitzenendes des Arms 132 die Schwenkendposition P04 nicht erreichen wird, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S14: NEIN), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 das Schwenkbetriebssignal (Schritt S15).
Andererseits erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 in einem Fall, in dem die Ebenenposition des Spitzenendes des Arms 132 die Schwenkendposition P04 erreicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S14: JA), kein Schwenkbetriebssignal. Das heißt, in dem Fall, in dem die Ebenenposition des Spitzenendes des Arms 132 die Schwenkendposition P04 erreicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals. Dementsprechend beginnt der Schwenkkörper 120, der aufgrund der Trägheit weiter schwingt, mit der Abbremsung.
Wenn die Betriebssignale für den Ausleger 131 und den Arm 132 und/oder das Schwenkbetriebssignal für den Schwenkkörper 120 in dem Prozess von Schritt S10 bis Schritt S15 erzeugt wird, gibt die Betriebssignalausgabeeinheit 1113 das erzeugte Betriebssignal an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S16).
Dann erfasst die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 die Fahrzeuginformationen (Schritt S17). Dementsprechend kann die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 nach dem Ansteuern durch das ausgegebene Betriebssignal Fahrzeuginformationen erfassen. Die Steuervorrichtung 128 veranlasst den Prozess, zu Schritt S14 zurückzukehren, um die Erzeugung eines Betriebssignals wiederholt auszuführen.
In Schritt S10, wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Schwenkendposition P04 erreicht hat (Schritt S10: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Betriebssignal, um ein Absenken des Auslegers 131 und des Arms 132 zu bewirken, und die Betriebssignalausgabeeinheit 1113 gibt das erzeugte Betriebssignal an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S18). Die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst die Fahrzeuginformationen, um zu bestimmen, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Aushubposition P05 erreicht hat oder nicht (Schritt S19). Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Aushubposition P05 nicht erreicht hat (Schritt S19: NEIN), veranlasst die Steuervorrichtung 128, dass der Prozess zu Schritt S22 zurückkehrt, um ferner ein Betriebssignal auszugeben, das das Absenken des Arbeitsgeräts 130 bewirkt. Daher schwingt der Schwenkkörper 120 nicht, während die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 von der Schwenkendposition P04 in die Aushubposition P05 bewegt wird.
Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Aushubposition P05 erreicht hat (Schritt S19: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Aushubbetriebssignal, um zu bewirken, dass der Löffel 133 in der Aushubrichtung angetrieben wird, und die Betriebssignalausgabeeinheit 1113 gibt das erzeugte Betriebssignal an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S20). Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 128 den Löffel 133 veranlassen, das Aushubziel auszuheben.
Als nächstes erfasst die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 Fahrzeuginformationen (Schritt S21). Zusätzlich erfasst die Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102 Tiefeninformationen, die die Tiefen um die Lademaschine 100 von der Erfassungsvorrichtung 124 angeben (Schritt S22). Die Kartenerzeugungseinheit 1105 aktualisiert die dreidimensionale Karte basierend auf den Fahrzeuginformationen, die von der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfasst wurden, und den Tiefeninformationen, die von der Erkennungsinformations-Erfassungseinheit 1102 erfasst wurden (Schritt S23). Die Ladezielbestimmungseinheit 1106 bestimmt die Position und Form des Ladeziels 200 auf der Grundlage der aktualisierten dreidimensionalen Karte (Schritt S24). Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 bestimmt die Ebenenposition der Ladeposition P07 basierend auf der Position und Form des Ladeziels 200, die durch die Ladezielbestimmungseinheit 1106 bestimmt wurden (Schritt S25). Die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 addiert die Höhe Hb vom Spitzenendabschnitt des Arms 132 zum niedrigsten Durchgangspunkt des Löffels 133, die in Schritt S6 bestimmt wurde, und die Höhe einer Steuerspanne des Löffels 133 zur Höhe Ht des Ladeziels 200, um die Höhe der Ladeposition P07 zu spezifizieren (Schritt S26).
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 bestimmt, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P07 erreicht hat oder nicht (Schritt S27). Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P07 nicht erreicht hat (Schritt S27: NEIN), bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112, ob die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P02 liegt oder nicht (Schritt S28). Zum Beispiel bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112, ob eine Differenz zwischen der Höhe des Spitzenendes des Arms 132 und der Höhe der Störungsvermeidungsposition P02 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht, oder ob eine Differenz zwischen dem Ebenenabstand vom Schwenkmittelpunkt des Schwenkkörpers 120 zum Spitzenende des Arms 132 und dem Ebenenabstand vom Schwenkmittelpunkt zur Störungsvermeidungsposition P02 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist (Schritt S28). Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 nicht in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P02 liegt (Schritt S28: NEIN), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Betriebssignal, um zu bewirken, dass der Ausleger 131 und der Arm 132 auf die Höhe der Störungsvermeidungsposition P02 angehoben werden (Schritt S29). Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Betriebssignal basierend auf den Positionen und Geschwindigkeiten des Auslegers 131 und des Arms 132.
Darüber hinaus berechnet die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 die Summe der Winkelgeschwindigkeiten des Auslegers 131 und des Arms 132 auf der Grundlage des erzeugten Betriebssignals für den Ausleger 131 und den Arm 132 und erzeugt ein Betriebssignal, um den Löffel 133 zu veranlassen, sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Summe der Winkelgeschwindigkeiten zu drehen (Schritt S30). Dementsprechend kann die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 ein Betriebssignal erzeugen, um zu bewirken, dass der Bodenwinkel des Löffels 133 gehalten wird.
Wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 in der Nähe der Störvermeidungsposition P02 ist (Schritt S28: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 kein Betriebssignal für den Ausleger 131, den Arm 132 und den Löffel 133. Wenn nämlich die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 in der Nähe der Störungsvermeidungsposition P02 liegt, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 die Ausgabe des Betriebssignals für das Arbeitsgerät 130, das die Bewegung des Arbeitsgeräts 130 zum Ladepunkt bewirkt.
Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 bestimmt auf der Grundlage der von der Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 erfassten Fahrzeuginformationen (Schritt S31), ob die Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 kleiner als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist oder nicht. Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 bestimmt nämlich, ob das Schwenken des Schwenkkörpers 120 im Moment stattfindet oder nicht.
Wenn die Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 kleiner als die vorgegebene Geschwindigkeit ist (Schritt S31: JA), legt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 eine Anstiegszeit fest, die die Zeit ist, die benötigt wird, dass die Höhe des Löffels 133 die Höhe der Störvermeidungsposition P02 von der Höhe der Aushubabschlussposition P05' erreicht (Schritt S32). Die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 bestimmt anhand der Anstiegszeit des Löffels 133, ob das Spitzenende des Arms 132 die Störvermeidungsposition P02 oder einen Punkt, der höher als die Störvermeidungsposition P02 liegt, durchläuft oder nicht, wenn das Schwenkbetriebssignal ab dem aktuellen Zeitpunkt ausgegeben wird (Schritt S33). In einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 die Störungsvermeidungsposition P02 oder den Punkt, der höher als die Störungsvermeidungsposition P02 ist, durchläuft, wenn das Schwenkbetriebssignal ab dem aktuellen Zeitpunkt ausgegeben wird (Schritt S33: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 das Schwenkbetriebssignal (Schritt S34).
In einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 einen Punkt durchläuft, der niedriger als die Störvermeidungsposition P02 ist, wenn das Schwenkbetriebssignal ab dem aktuellen Zeitpunkt ausgegeben wird (Schritt S34: NEIN), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 das Schwenkbetriebssignal nicht. Wenn nämlich das Spitzenende des Arms 132 den Punkt durchläuft, der niedriger ist als die Störvermeidungsposition P02, verhindert die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals.
Wenn die Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 120 die vorgegebene Geschwindigkeit oder mehr beträgt (Schritt S31: NEIN), bestimmt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112, ob das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P07 erreicht oder nicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S35). Nachdem die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals gestoppt wurde, schwingt der Schwenkkörper 120 übrigens aufgrund der Trägheit weiter, während er abgebremst wird, und hält danach an. In einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P07 erreicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S35: JA), erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 kein Schwenkbetriebssignal. Das heißt, dass in dem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 die Ladeposition P07 erreicht, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird, die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals verhindert. Dementsprechend beginnt der Schwenkkörper 120 langsamer zu werden.
Andererseits erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 in einem Fall, in dem das Spitzenende des Arms 132 vor der Ladeposition P07 stoppt, wenn die Ausgabe des Schwenkbetriebssignals ab dem aktuellen Zeitpunkt gestoppt wird (Schritt S35: NEIN), das Schwenkbetriebssignal (Schritt S36).
Wenn die Rotationsbetriebssignale für den Ausleger 131, den Arm 132 und den Löffel 133 und/oder das Schwenkbetriebssignal für den Schwenkkörper 120 in dem Prozess von Schritt S27 bis Schritt S36 erzeugt wird, gibt die Betriebssignal-Ausgabeeinheit 1113 das erzeugte Betriebssignal an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S37).
Dann erfasst die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 die Fahrzeuginformationen (Schritt S38). Dementsprechend kann die Fahrzeuginformations-Erfassungseinheit 1101 die Fahrzeuginformationen nach dem Betrieb durch das ausgegebene Betriebssignal erfassen. Die Steuervorrichtung 128 veranlasst den Prozess, zu Schritt S31 zurückzukehren, um die Erzeugung eines Betriebssignals wiederholt auszuführen.
Andererseits erzeugt die Bewegungsverarbeitungseinheit 1112 in Schritt S27, wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P07 erreicht hat (Schritt S27: JA), das Entladebetriebssignal, und die Betriebssignalausgabeeinheit 1113 gibt das Entladebetriebssignal an die Hydraulikvorrichtung 127 aus (Schritt S39). Dementsprechend wird die sich im Löffel 133 befindende Erde am Ladeziel 200 abgeladen. Übrigens, wenn die Position P des Spitzenendabschnitts des Arms 132 die Ladeposition P07 erreicht hat, wird das Schwenken des Schwenkkörpers 120 gestoppt.
Dementsprechend beendet die Steuervorrichtung 128 die automatische Aushub- und Ladesteuerung. Alternativ veranlasst die Steuervorrichtung 128, dass der Prozess zu Schritt S1 zurückkehrt, um die automatische Aushub- und Ladesteuerung wiederholt auszuführen, solange die Ladekapazität des Ladeziels 200 die maximale Ladekapazität nicht überschreitet.
«Funktionsweise und Effekte»
Wie oben beschrieben, gibt die Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die Störvermeidungsposition P02 vor, die sich aufgrund der Position und Form des Ladeziels 200 um einen vorgegebeneN Abstand außerhalb des Ladeziels 200 befindet, um nur den Schwenkkörper 120 anzutreiben, so dass der Löffel 133 die Störvermeidungsposition P02 erreicht und somit den Löffel 133 in die Störvermeidungsposition P02 bewegt. Danach bewirkt die Steuervorrichtung 128, dass der Schwenkkörper 120 und das Arbeitsgerät 130 angetrieben werden, so dass der Löffel 133 in die Aushubposition P05 oberhalb des Aushubziels bewegt wird. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung 128 bewirken, dass sich die Zähne des Löffels 133 zur Aushubstelle P22 bewegen, während eine Störung zwischen dem Ladeziel 200 und dem Löffel 133 verhindert wird.
Außerdem veranlasst die Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform, nachdem der Löffel 133 die Störvermeidungsposition P02 erreicht hat, den Schwenkkörper 120 und das Arbeitsgerät 130 anzutreiben, so dass der Löffel 133 in die Schwenkendposition P04 oberhalb der Aushubposition P05 bewegt wird. Danach bewirkt die Steuervorrichtung 128, dass nur die Arbeitsvorrichtung 130 angetrieben wird, so dass der Löffel 133 in die Aushubposition P05 bewegt wird. Dementsprechend können die Zähne des Löffels 133 in Kontakt mit dem Aushubziel entlang einer Richtung gebracht werden, in der sich die Klinge erstreckt. Wenn der Löffel 133 beim Schwenken auf das Aushubziel trifft, wird übrigens eine seitliche Kraft auf die Klinge des Löffels 133 ausgeübt, so dass ein Abrieb der Klinge bzw. der Zähne und ein Verbiegen des Arbeitsgeräts 130 wahrscheinlich ist.
Zuvor wurde eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben; die spezifischen Konfigurationen sind jedoch nicht auf die zuvor beschriebenen beschränkt, und es können verschiedene Konstruktionsänderungen und dergleichen vorgenommen werden.
Beispielsweise wird in der Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die Tiefeninformation verwendet, um den Ladepunkt P21 festzulegen; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß der Steuervorrichtung 128 gemäß einer weiteren Ausführungsform muss die Tiefeninformation nicht verwendet werden, das Ladeziel 200 kann mit dem Positions- und Azimutrichtungsrechner versehen sein, und die Ladezielbestimmungseinheit 1106 kann die Position, die Azimutrichtung und die Form des Ladeziels 200 empfangen, die von dem Positions- und Azimutrichtungsrechner des Ladeziels 200 ausgegeben werden, so dass die Ladepositionsbestimmungseinheit 1111 den Ladepunkt P21 bestimmt.
Darüber hinaus wird in der Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die Tiefeninformation verwendet, um die Aushubstelle P22 festzulegen; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß der Steuervorrichtung 128 gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 die Aushubstelle P22 vorgeben, so dass der Bediener die Aushubstelle P22 lernen kann. Insbesondere kann die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 eine Aushubposition speichern, wenn der Bediener manuell einen Aushubvorgang durchführt, um die Aushubposition als die Aushubstelle P22 festzulegen. Alternativ kann in der Kabine 121 ein Dateneingabegerät, wie z.B. ein Touchpanel, vorgesehen sein, über das eine Anweisung für die Aushubstelle P22 eingegeben wird, und die Aushubpositionsbestimmungseinheit 1109 kann Daten empfangen, für die eine Anweisung von dem Dateneingabegerät angegeben wird, um die Aushubstelle P22 zu bestimmen.
Darüber hinaus führt die Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die automatische Aushub- und Ladesteuerung durch; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Steuervorrichtung 128 gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die automatische Aushubsteuerung durchführen, und ein Ladevorgang kann manuell vom Bediener durchgeführt werden.
Außerdem wird in der Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die Aushubstelle P22 festgelegt und ein Aushubvorgang ausgeführt, nachdem ein Schwenkvorgang in Richtung der Aushubstelle P22 durchgeführt wurde; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Steuervorrichtung 128 kann einen Schwenkvorgang in Richtung de Aushubstelle P22 zur Beendigung der Steuerung veranlassen, und Aushubarbeiten können manuell vom Bediener durchgeführt werden.
Darüber hinaus startet die Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die automatische Aushub- und Ladesteuerung in der Leerlaufschwenk-Startposition P01, in der sich der Löffel 133 oberhalb des Ladeziels 200 befindet, ist aber nicht darauf beschränkt. Gemäß der Steuervorrichtung 128 gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Löffel 133, wenn sie sich an der Aushubendposition P05' befindet und die automatische Aushub- und Ladesteuerung gestartet wird, die Störvermeidungsposition P02 durchlaufen, um sich zur Ladeposition P07 zu bewegen, und nach der Durchführung eines Entladevorgangs kann der Löffel 133 die Störvermeidungsposition P02 durchlaufen, um sich zur Aushubstelle P22 zu bewegen.
Darüber hinaus legt die Ladezielbestimmungseinheit 1106 der Steuervorrichtung 128 gemäß der ersten Ausführungsform die Position und Form des Ladeziels 200 auf der Grundlage der aus den Tiefeninformationen erzeugten Karteninformationen fest; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann in einer weiteren Ausführungsform, wenn das Ladeziel 200 eine Positionierungsfunktion durch das GNSS oder dergleichen hat, die Ladezielbestimmungseinheit 1106 über eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation Informationen bezüglich der Position und Azimutrichtung des Ladeziels 200 von dem Ladeziel 200 empfangen, das an einem Ladepunkt angekommen ist, um die Position und Form des Ladeziels 200 zu bestimmen. In einer weiteren Ausführungsform, wenn das Ladeziel 200 ein unbemanntes Fahrzeug ist, das von einem Steuersystem gesteuert wird, kann die Ladezielbestimmungseinheit 1106 außerdem Informationen bezüglich der Position und der Azimutrichtung des Ladeziels 200 von dem Steuersystem empfangen, um die Position und die Form des Ladeziels 200 zu bestimmen.
Darüber hinaus umfasst die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform den Löffel 133, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Lademaschine 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Zweischaufelgreifer enthalten, der einen Bag-All und eine Greiferschale öffnen und schließen kann.
Darüber hinaus ist die Lademaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform ein bemanntes Fahrzeug, das von dem Bediener, der in dieses einsteigt, bedient wird, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist die Lademaschine 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform ein ferngesteuertes Fahrzeug, das gemäß einem Betriebssignal arbeitet, das über eine Kommunikation von einer Fernbedienungsvorrichtung erfasst wird, die der Bediener in einem entfernten Büro bedient, während er einen Bildschirm eines Monitors beobachtet. In diesem Fall kann ein Teil der Funktionen der Steuervorrichtung 128 in der Fernbedienungsvorrichtung ausgebildet sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Steuervorrichtung der Lademaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Bewegung des Löffels zur Aushubstelle veranlassen und gleichzeitig eine Störung zwischen dem Ladeziel und dem Löffel verhindern.
Bezugszeichenliste

100: Lademaschine
110: Unterwagen
120: Schwenkkörper
121: Kabine
122: Fahrersitz
123: Bedienungsvorrichtung
124: Erfassungsvorrichtung
125: Positions- und Azimutrichtungsrechner
126: Neigungsmessgerät
127: Hydraulikvorrichtung
128: Steuervorrichtung
130: Arbeitsgerät
131: Ausleger
132: Arm
133: Löffel
134: Auslegerzylinder
135: Armzylinder
136: Löffelzylinder
137: Auslegerhubsensor
138: Armhubsensor
139: Löffelhubsensor
1100: Prozessor
1200: Hauptspeicher
1300: Speicher
1400: Schnittstelle
1101: Fahrzeuginformations-Erfassungsvorrichtung
1102: Erkennungsinformations-Erfassungseinheit
1103: Betriebssignaleingangseinheit
1104: Löffelpositionsbestimmungseinheit
1105: Kartenerzeugungseinheit
1106: Ladezielbestimmungseinheit
1107: Vermeidungspositionsbestimmungseinheit
1108: Aushubzielbestimmungseinheit
1109: Aushubpositionsbestimmungseinheit
1110: Absenkanschlagbestimmungseinheit
1111: Ladepositionsbestimmungseinheit
1112: Bewegungsverarbeitungseinheit
1113: Betriebssignalausgabeeinheit
200: Ladeziel
P01: Leerlaufschwenk-Startposition
P02: Störungsvermeidungsposition
P03: Absenkanschlagposition
P04: Schwenkendposition
P05: Aushubposition
P05: Aushubendposition
P06: Lastschwenk-Startposition
P07: Ladeposition
P21: Ladestelle
P22: Aushubstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018170738 [0002]
JP H09256407 [0004]

Claims

Steuervorrichtung einer Lademaschine mit einem Schwenkkörper, der um einen Schwenkmittelpunkt schwenkt, und eines Arbeitsgeräts, das einen Löffel umfasst und an dem Schwenkkörper befestigt ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Ladezielbestimmungseinheit, die eine Position und Form eines Ladeziels angibt; eine Vermeidungspositionsbestimmungseinheit, die eine Störungsvermeidungsposition bestimmt, die sich um einen vorbestimmten Abstand außerhalb des Ladeziels befindet, basierend auf der Position und Form des Ladeziels; und eine Bewegungsverarbeitungseinheit, die ein Betriebssignal ausgibt, um nur den Schwenkkörper anzutreiben, bis der Löffel die Störungsvermeidungsposition von einer Ladeposition oberhalb des Ladeziels erreicht, um zu bewirken, dass sich der Löffel in die Störungsvermeidungsposition bewegt, und ein Betriebssignal ausgibt, um den Schwenkkörper und das Arbeitsgerät anzutreiben, nachdem der Löffel die Störungsvermeidungsposition erreicht hat, um zu bewirken, dass sich der Löffel in eine Aushubposition oberhalb eines Aushubziels bewegt.
Steuervorrichtung der Lademaschine nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsverarbeitungseinheit ein Betriebssignal ausgibt, um den Schwenkkörper und das Arbeitsgerät anzutreiben, nachdem der Löffel die Störungsvermeidungsposition erreicht hat, um zu bewirken, dass sich der Löffel zu einer Schwenkendposition oberhalb der Aushubposition bewegt, und ein Betriebssignal ausgibt, um nur das Arbeitsgerät anzutreiben, nachdem der Löffel die Schwenkendposition erreicht hat, um zu bewirken, dass sich der Löffel zu der Aushubposition bewegt.
Steuervorrichtung der Lademaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lademaschine eine Erfassungsvorrichtung enthält, die eine Position eines in einer Erfassungsrichtung vorhandenen Objekts erfasst, und die Ladezielbestimmungseinheit die Position und Form des Ladeziels basierend auf einem Erfassungsergebnis der Erfassungsvorrichtung bestimmt.
Steuervorrichtung der Lademaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lademaschine eine Erfassungsvorrichtung enthält, die eine Position eines in einer Erfassungsrichtung vorhandenen Objekts erfasst, und die Steuervorrichtung ferner eine Aushubpositionsbestimmungseinheit umfasst, die die Aushubposition basierend auf einem Erfassungsergebnis der Erfassungsvorrichtung bestimmt.
Steuervorrichtung der Lademaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lademaschine eine Aushubpositionsbestimmungseinheit enthält, die die Aushubposition basierend auf einer Anweisung eines Bedieners der Lademaschine bestimmt.
Steuerverfahren für eine Lademaschine mit einem Schwenkkörper, der um einen Schwenkmittelpunkt schwenkt, und einem Arbeitsgerät, das einen Löffel umfasst und an dem Schwenkkörper angebracht ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Position und Form eines Ladeziels; Bestimmen einer Störvermeidungsposition, die sich um einen vorbestimmten Abstand außerhalb des Ladeziels befindet, basierend auf der Position und Form des Ladeziels; Ausgeben eines Betriebssignals, um nur den Schwenkkörper anzutreiben, bis der Löffel die Störungsvermeidungsposition von einer Ladeposition oberhalb des Ladeziels erreicht, um zu bewirken, dass sich der Löffel in die Störungsvermeidungsposition bewegt; und Ausgeben eines Betriebssignals zum Antrieb des Schwenkkörpers und des Arbeitsgeräts, nachdem der Löffel die Störvermeidungsposition erreicht hat, um zu bewirken, dass sich der Löffel in eine Aushubposition oberhalb eines Aushubziels bewegt.