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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine.
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Stand der Technik
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In einer Arbeitsmaschine, wie z. B. einem Hydraulikbagger, kann ein Löffel auf natürliche Weise absenken, während die Arbeitsmaschine, deren Löffel eine Last trägt, auf einen Muldenkipper wartet. Das natürliche Absenken des Löffels erfolgt aufgrund des Eigengewichts des Löffels, des Gewichts einer Last, des Austretens von Hydrauliköl durch einen Spalt im Bereich eines Schiebers in einem Hauptventil oder des Austretens von Hydrauliköl aus dem Inneren eines Zylinders. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-88825 (siehe PTL 1) beschreibt die Bereitstellung eines Rückschlagventils mit Vorsteuerung in einem Kreislauf zur Aktivierung eines Auslegerzylinders, um ein natürliches Absenken des Löffels zu verhindern.
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Zitationsliste
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Patentliteratur
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PTL 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-88825
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn jedoch ein Hydraulikbagger mit einem Löffel, der eine Ladung trägt, auf die Ankunft einer beladenen Maschine, z. B. eines Muldenkippers wartet, kann gemäß der in PTL 1 beschriebenen Technik das natürliche Absengen des Löffels nicht vollständig verhindert werden. Wenn der Löffel auf natürliche Weise absinkt, kann der Löffel die beladene Maschine zum Zeitpunkt des Eintreffens der beladenen Maschine behindern.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Arbeitsmaschine, ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine bereitzustellen, die es ermöglichen, die Beeinträchtigung eines Löffels durch eine beladene Maschine zum Zeitpunkt des Zufahrens der beladenen Maschine zu vermeiden.
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Lösung des Problems
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Eine Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Arbeitsmaschine, die eine Last auf eine beladene Maschine lädt, und die Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät und eine Steuerung. Das Arbeitsgerät umfasst einen Löffel. Die Steuerung erfasst ein Ausmaß der natürlichen Absenkung des Löffels in einem Bereitschaftszustand, in dem die Arbeitsmaschine auf das Einfahren der beladenen Maschine wartet, und steuert das Arbeitsgerät, um den Löffel auf der Grundlage des Ausmaßes der natürlichen Absenkung anzuheben.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Arbeitsmaschine, ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine bereitgestellt werden, die es ermöglichen, eine Beeinträchtigung eines Löffels durch eine beladene Maschine zum Zeitpunkt des Einfahrens der beladenen Maschine zu vermeiden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau einer Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf das Einfahren einer beladenen Maschine wartet.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das einen hydraulischen Kreislauf und eine Bedienvorrichtung der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock in einer in 3 dargestellten Steuerung zeigt.
- 5 ist ein erstes Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 6 ist ein zweites Flussdiagramm, das das Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Gleiche oder sich entsprechende Komponenten in der Beschreibung und den Zeichnungen werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet. Um die Beschreibung zu vereinfachen, kann ein Merkmal in den Zeichnungen nicht gezeigt oder vereinfacht dargestellt sein.
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Obwohl in der vorliegenden Erfindung ein Hydraulikbagger als Beispiel für eine Arbeitsmaschine beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine andere Arbeitsmaschine als den Hydraulikbagger anwendbar, die einen Löffel enthält. Die vorliegende Erfindung gilt zum Beispiel auch für einen Kran, einen nicht hydraulisch angetriebenen Ultra-Großseilbagger und einen elektromotorisch angetriebenen Ultra-Großseilbagger. In der nachstehenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe „aufwärts“, „abwärts“, „vorne“, „hinten“, „links“ und „rechts“ auf Richtungen, wobei ein auf einem Fahrersitz 2b in einer Fahrerkabine 2a sitzender Fahrer als Referenz definiert ist.
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<Aufbau der Arbeitsmaschine>
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1 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau eines Hydraulikbaggers als Beispiel für eine Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Hydraulikbagger 100 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine Fahreinheit 1, eine Dreheinheit 2 und ein Arbeitsgerät 3. Ein Hauptkörper der Arbeitsmaschine besteht aus der Fahreinheit 1 und der Dreheinheit 2.
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Die Fahreinheit 1 umfasst ein Paar linke und rechte Raupenbandvorrichtungen 1a. Jede der beiden linken und rechten Raupenbandvorrichtungen 1a umfasst ein Raupenband. Da das Paar linker und rechter Raupenbänder rotierend angetrieben wird, ist der Hydraulikbagger 100 selbstfahrend.
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Die Dreheinheit 2 ist in Bezug auf die Fahreinheit 1 drehbar ausgeführt. Die Dreheinheit 2 umfasst im Wesentlichen eine Fahrerkabine (Kabine) 2a, einen Fahrersitz 2b, einen Motorraum 2c und ein Gegengewicht 2d. Die Fahrerkabine 2a ist beispielsweise an der vorderen linken Seite (der Vorderseite eines Fahrzeugs) der Dreheinheit 2 angeordnet. In einem Innenraum der Fahrerkabine 2a ist ein Fahrersitz 2b angeordnet, auf dem ein Fahrer Platz nimmt.
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Der Motorraum 2c und das Gegengewicht 2d sind jeweils auf der Rückseite der Dreheinheit 2 (auf einer Rückseite des Fahrzeugs) in Bezug auf die Fahrerkabine 2a angeordnet. Eine Motoreinheit (ein Motor, ein Abgasbehandlungsstrukturkörper usw.) ist im Motorraum 2c untergebracht. Eine Motorhaube deckt den Motorraum 2c von oben ab. Das Gegengewicht 2d ist an der Rückseite des Motorraums 2c angeordnet.
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Das Arbeitsgerät 3 ist an einer Vorderseite der Dreheinheit 2, z. B. an der rechten Seite der Fahrerkabine 2a, angebracht. Das Arbeitsgerät 3 umfasst beispielsweise einen Ausleger 3a, einen Arm 3b, einen Löffel 3c, einen Auslegerzylinder 4a, einen Armzylinder 4b und einen Löffelzylinder 4c. Der Ausleger 3a hat ein Basisende, das über einen Auslegerfußbolzen 5a schwenkbar mit der Dreheinheit 2 verbunden ist. Der Arm 3b hat ein Basisende, das über einen Auslegerspitzenbolzen 5b schwenkbar mit dem Spitzenende des Auslegers 3a verbunden ist. Der Löffel 3c ist über einen Bolzen 5c schwenkbar mit dem Spitzenende des Arms 3b verbunden.
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Der Ausleger 3a kann durch den Auslegerzylinder 4a angetrieben werden. Wenn der Ausleger angetrieben wird, kann der Ausleger 3a in Bezug auf die Dreheinheit 2 um den Auslegerfußbolzen 5a nach oben/unten schwenken. Der Arm 3b kann durch den Armzylinder 4b angetrieben werden. Wenn der Arm angetrieben wird, kann der Arm 3b in Bezug auf den Ausleger 3a um den Auslegerspitzenbolzen 5b in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Der Löffel 3c kann durch den Löffelzylinder 4c angetrieben werden. Wenn der Löffel angetrieben wird, kann der Löffel 3c in Bezug auf den Arm 3b um den Bolzen 5c nach oben/unten schwenken. Das Arbeitsgerät 3 kann so angetrieben werden.
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Das Arbeitsgerät 3 umfasst ein Löffelglied 3d. Das Löffelglied 3d umfasst ein erstes Verbindungselement 3da und ein zweites Verbindungselement 3db. Ein vorderes Ende des ersten Verbindungselements 3da und ein vorderes Ende des zweiten Verbindungselements 3db sind so miteinander gekoppelt, dass sie relativ zueinander schwenkbar sind, wobei ein oberer Bolzen 3dc des Löffelzylinders dazwischen angeordnet ist. Der obere Bolzen 3dc des Löffelzylinders ist mit dem vorderen Ende des Löffelzylinders 4c verbunden. Daher sind das erste Verbindungselement 3da und das zweite Verbindungselement 3db mit dem Löffelzylinder 4c gekoppelt, wobei ein Bolzen dazwischenliegt.
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Das erste Verbindungselement 3da hat ein Basisende, das über einen ersten Verbindungsbolzen 3dd schwenkbar mit dem Arm 3b verbunden ist. Das zweite Verbindungselement 3db hat ein Basisende, das über einen zweiten Verbindungsbolzen 3de schwenkbar mit einer Halterung am Fuß des Löffels 3c verbunden ist.
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Ein Drucksensor 6a ist an einer Kopfseite des Auslegerzylinders 4a angebracht. Der Drucksensor 6a kann einen Druck (einen Kopfdruck) von Hydrauliköl in einer zylinderkopfseitigen Ölkammer 40A des Auslegerzylinders 4a erfassen. Ein Drucksensor 6b ist an der Unterseite des Auslegerzylinders 4a angebracht. Der Drucksensor 6b kann einen Druck (einen Bodendruck) des Hydrauliköls in einer zylinderbodenseitigen Ölkammer 40B des Auslegerzylinders 4a erfassen.
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Die Hubsensoren (Abtasteinheiten) 7a, 7b und 7c sind am Auslegerzylinder 4a, am Armzylinder 4b bzw. am Löffelzylinder 4c angebracht.
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Ein Auslegerwinkel θb kann aus dem Betrag der Verschiebung einer Zylinderstange 4ab in Bezug auf einen Zylinder 4aa im Auslegerzylinder 4a berechnet werden. Ein Auslegerwinkel θa lässt sich aus dem Betrag der Verschiebung einer Zylinderstange im Auslegerzylinder 4b berechnen. Ein Löffelwinkel θk lässt sich aus dem Auslenkungsbetrag einer Zylinderstange im Löffelzylinder 4c berechnen.
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Die Potentiometer 9a, 9b und 9c können jeweils um den Auslegerfußbolzen 5a, den Auslegerspitzenbolzen 5b und den Bolzen 5c angebracht werden. Der Auslegerwinkel θb kann aus einem Messwert des Potentiometers 9a berechnet werden. Der Auslegerwinkel θa kann anhand eines Messwerts des Potentiometers 9b berechnet werden. Der Löffelwinkel θk kann anhand eines Messwerts des Potentiometers 9c berechnet werden.
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Trägheitsmesseinheiten (IMUs) 8a, 8b, 8c und 8d können an der Dreheinheit 2, dem Ausleger 3a, dem Arm 3b bzw. dem ersten Verbindungselement 3da angebracht sein. Die IMU 8a misst eine Beschleunigung der Dreheinheit 2 in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, einer seitlichen Richtung und einer Aufwärts-/Abwärtsrichtung sowie eine Winkelgeschwindigkeit der Dreheinheit 2 um die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, die seitliche Richtung und die Aufwärts-/Abwärtsrichtung. Die IMUs 8b, 8c und 8d messen die Beschleunigungen des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, in der seitlichen Richtung und in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung sowie die Winkelgeschwindigkeiten des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c um die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung, die seitliche Richtung bzw. die Aufwärts-/Abwärtsrichtung.
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Die IMUs 8b, 8c und 8d können den Auslegerwinkel θb, den Armwinkel θa bzw. den Löffelwinkel θk berechnen. Die Lage des Arbeitsgeräts kann anhand des Auslegerwinkels θb, des Armwinkels θa, des Löffelwinkels θk, der Auslegerlänge, der Armlänge und dergleichen bekannt sein.
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Der Hydraulikbagger 100 umfasst eine Messvorrichtung 10, einen Empfänger 11 und einen Drehwinkelsensor 13. Die Messvorrichtung 10 ist ein dreidimensionaler Abstandssensor und dient zur Messung der Höhe einer beladenen Maschine 50. Die Messvorrichtung 10 kann beispielsweise durch eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine Stereokamera oder LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) realisiert werden.
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Der Empfänger 11 empfängt ein Signal von einem Sender der beladenen Maschine 50. Das vom Empfänger 11 empfangene Signal enthält Höheninformationen der beladenen Maschine 50. Der Drehwinkelsensor 13 misst den Drehwinkel der Dreheinheit 2 relativ zur Fahreinheit 1. Der Drehwinkelsensor 13 wird z. B. durch einen Sensor in einem Schwenkmotor, einen Sensor, der einen Zahn der Schwenkmaschine erfasst, oder IMU 8a realisiert.
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<Funktionsweise einschließlich Bereitschaftszustand der Arbeitsmaschine>
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Die Betriebsweisen, die einen Bereitschaftszustand der Arbeitsmaschine umfassen, werden nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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2 ist ein Diagramm, das einen Zustand (einen Bereitschaftszustand) zeigt, in dem der Hydraulikbagger, der die Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, auf das Einfahren einer beladenen Maschine wartet. Die beladene Maschine 50 ist beispielsweise ein Muldenkipper. Ohne darauf beschränkt zu sein, sollte die beladene Maschine nur in der Lage sein, eine Last wie Erdreich zu tragen und zu fahren. Bei der beladenen Maschine 50 kann es sich beispielsweise jeweils um einen Muldenkipper, einen mobilen Brecher oder eine Förderbandmaschine handeln, oder um eine beliebige Kombination davon.
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Wie in 2 gezeigt, hält der Hydraulikbagger 100, der die Arbeitsmaschine darstellt, eine Last, wie z.B. Erde, im Löffel 3c, indem er Aushubarbeiten durchführt. Da der Hydraulikbagger 100 nach dem Aushub eine Hub- und Drehbewegung ausführt, erreicht der Löffel 3c des Hydraulikbaggers 100 eine festgelegte Abladeposition an der beladenen Maschine 50.
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Während sich der Löffel 3c auf einer bestimmten Höhe befindet, bleibt der Hydraulikbagger 100 in Bereitschaft, bis die beladene Maschine 50 in eine Beladestelle einfährt. Die Sollhöhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand kann eine bestimmte, im Voraus Sollhöhe sein.
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Die Sollhöhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand kann eine Höhe sein, die auf der Grundlage einer Höhe der beladenen Maschine 50 berechnet wird, die durch Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zwischen dem Hydraulikbagger 100 und der beladenen Maschine 50 ermittelt wird. Alternativ kann die Sollhöhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand eine Höhe sein, die auf der Grundlage einer Höhe der beladenen Maschine 50 berechnet wird, die durch eine Messung (Bildaufnahme oder -bestimmung) durch den Hydraulikbagger 100 ermittelt wird.
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Bei dem Hydraulikbagger 100 in der vorliegenden Ausführungsform wird die Sollhöhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand auf der Grundlage der Höhe der beladenen Maschine 50 berechnet, die durch Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder ähnliches, wie oben dargelegt, erhalten wird. Da der Löffel 3c somit in einer für jede beladene Maschine 50 geeigneten Höhe bereitstehen kann, kann eine Beeinträchtigung des Löffels 3c durch die beladene Maschine 50 vermieden werden.
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Im Bereitschaftszustand senkt sich der Löffel 3c aufgrund des Eigengewichts des Löffels 3c und des Gewichts der Ladung im Löffel 3c natürlich ab. Da sich der Löffel 3c im Bereitschaftszustand natürlich absenkt, kann der Löffel 3c mit der beladenen Maschine 50, die in die Beladestelle einfährt, in Konflikt geraten.
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Der Hydraulikbagger 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erkennt die natürliche Absenkung des Löffels 3c. Wenn ein Betrag der natürlichen Absenkung gleich oder größer als ein vorgeschriebener Wert ist, wird das Arbeitsgerät 3 so gesteuert, dass der Löffel 3c angehoben wird. Eine Beeinträchtigung des Löffels 3c im Bereitschaftszustand durch die beladene Maschine 50 kann so vermieden werden.
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Wenn die beladene Maschine 50 in die Beladestelle einfährt, wird die Ladung im Löffel 3c aus dem Löffel 3c ausgeworfen und auf die beladene Maschine 50 geladen. Nachdem die Last im Löffel 3c ausgeworfen wurde, führt der Hydraulikbagger 100 eine Abwärts- und Drehbewegung aus, so dass der Löffel 3c des Hydraulikbaggers 100 eine nächste Aushubposition erreicht. Nachdem der Löffel 3c die nächste Aushubposition erreicht hat, wird der nächste Aushub durchgeführt. Danach werden ähnliche Vorgänge wie oben beschrieben wiederholt.
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Wenn eine Plattform der beladenen Maschine 50 durch wiederholte Arbeitsvorgänge vollständig mit Lasten beladen ist, fährt die beladene Maschine 50 von der Beladestelle zu einer Lastentladestelle.
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Eine Reihe von Vorgängen, einschließlich Aushub, Heben und Drehen, Bereitschaft, Entladen von Lasten und Absenken und Drehen, kann in einem automatischen Steuermodus ohne eine Bedienung eines Bedieners durchgeführt werden. Alternativ dazu kann die Reihe von Vorgängen durch eine Bedienung des Bedieners durchgeführt werden.
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<Hydraulischer Kreislauf und Bedienvorrichtung der Arbeitsmaschine>
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Ein hydraulischer Kreislauf und eine Bedienvorrichtung der Arbeitsmaschine werden nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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3 ist ein Blockdiagramm, das einen Hydraulikkreislauf und eine Bedienvorrichtung der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt. Wie in 3 gezeigt, ist ein Motor 42 beispielsweise ein Dieselmotor. Da die Menge der Kraftstoffeinspritzung in den Motor 42 gesteuert wird, wird die Leistung des Motors 42 gesteuert.
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Eine Hydraulikpumpe 43 ist mit dem Motor 42 verbunden. Da die Drehantriebskraft des Motors 42 auf die Hydraulikpumpe 43 übertragen wird, wird die Hydraulikpumpe 43 angetrieben. Bei der Hydraulikpumpe 43 handelt es sich beispielsweise um eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung, die eine Taumelscheibe umfasst und die Förderleistung durch Änderung des Kippwinkels der Taumelscheibe variiert.
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Ein Teil des von der Hydraulikpumpe 43 geförderten Öls wird einem Hauptventil 41 als Hydrauliköl zugeführt. Der Rest des von der Hydraulikpumpe 43 geförderten Öls wird für den Vorsteuerbetrieb bereitgestellt, wobei der Druck des Öls durch ein Selbstdruckreduzierventil 45 auf einen bestimmten Druck reduziert wird. Das Öl, dessen Druck durch das Selbstdruckreduzierventil 45 auf einen bestimmten Druck reduziert wird, wird dem Hauptventil 41 über ein elektromagnetisches Proportionalregelventil (EPC) 46 zugeführt.
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Das EPC-Ventil 46 empfängt einen Strombefehl von der Steuerung 20. Das EPC-Ventil 46 erzeugt einen Vorsteuerdruck in Übereinstimmung mit einem Stromwert im Strombefehl. Das EPC-Ventil 46 steuert mit dem Vorsteuerdruck einen Schieber des Hauptventils 41 an.
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Der Auslegerzylinder 4a, der Auslegerzylinder 4b, der Löffelzylinder 4c und ein Drehmotor 44 sind als hydraulische Antriebe mit dem Hauptventil 41 verbunden. Der Drehmotor 44 dreht die Dreheinheit 2 relativ zur Fahreinheit 1. Wenn sich der Schieber des Hauptventils 41 axial bewegt, wird die Menge der Hydraulikölzufuhr zu jedem der hydraulischen Stellglieder 4a, 4b, 4c und 44 eingestellt. Der Betrieb des Arbeitsgeräts 3 und die Drehung der Dreheinheit 2 werden so gesteuert.
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Im vorliegenden Beispiel wird das Öl, das den hydraulischen Stellgliedern 4a, 4b, 4c und 44 zur Aktivierung der hydraulischen Stellglieder 4a, 4b, 4c und 44 zugeführt wird, als Hydrauliköl bezeichnet. Das Öl, das dem Hauptventil 41 zur Betätigung des Hauptventils 41 zugeführt wird, wird als Steueröl bezeichnet. Der Druck des Steueröls wird als hydraulischer Steuerdruck (PPC-Druck) bezeichnet.
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Die Hydraulikpumpe 43 kann, wie oben beschrieben, sowohl Hydrauliköl als auch Steueröl fördern. Die Hydraulikpumpe 43 kann eine Hydraulikpumpe (eine Haupthydraulikpumpe) umfassen, die Hydrauliköl fördert, und eine Hydraulikpumpe (eine Steuerhydraulikpumpe), die getrennt voneinander Steueröl fördert.
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Wenn sich der Hydraulikbagger 100 im automatischen Steuermodus befindet, wird das EPC-Ventil 46 durch einen Befehl der Steuerung 20 ohne einen Betriebsbefehl von einer Bedienvorrichtung 25 gesteuert, um dadurch die Menge der Zufuhr von Hydrauliköl zu jedem der hydraulischen Stellglieder 4a, 4b, 4c und 44 einzustellen. Wenn sich der Hydraulikbagger 100 somit im automatischen Steuermodus befindet, wird die Reihe von Vorgängen, einschließlich Aushub, Heben und Drehbewegung, Bereitschaft, Entladen von Lasten und Absenken und Drehbewegung, ohne einen Betriebsbefehl von der Bedienvorrichtung 25 durchgeführt.
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Wenn sich der Hydraulikbagger 100 nicht im automatischen Steuermodus befindet, wird das EPC-Ventil 46 durch einen Befehl der Steuerung 20 auf der Grundlage eines Betriebsbefehls der Bedienvorrichtung 25 gesteuert. Auf der Grundlage eines Betriebsbefehls an die Bedienvorrichtung 25 wird also eine Reihe von Vorgängen ausgeführt, einschließlich Aushub, Heben und Drehen, Bereitschaft, Entladen von Lasten und Absenken und Drehen.
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Die Bedienvorrichtung 25 ist in der Fahrerkabine 2a (1) angeordnet. Die Bedienvorrichtung 25 wird von einer Bedienperson bedient. Die Bedienvorrichtung 25 nimmt eine Betätigung durch den Bediener zum Antrieb des Arbeitsgeräts 3 entgegen. Darüber hinaus akzeptiert die Bedienvorrichtung 25 eine Betätigung durch den Bediener zum Drehen der Dreheinheit 2.
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Die Bedienvorrichtung 25 umfasst einen ersten Steuerhebel 25R und einen zweiten Steuerhebel 25L. Der erste Steuerhebel 25R ist beispielsweise auf der rechten Seite des Fahrersitzes 2b (1) angeordnet. Der zweite Steuerhebel 25L ist z. B. auf der linken Seite des Fahrersitzes 2b angeordnet. Die Vorwärts-, Rückwärts-, Links- und Rechtsbetätigung des ersten Steuerhebels 25R und des zweiten Steuerhebels 25L entspricht einer zweiachsigen Betätigung.
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Zum Beispiel werden der Ausleger 3a und der Löffel 3c durch Betätigung des ersten Steuerhebels 25R betätigt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Auslegers 3a, und eine Betätigung zum Heben und Senken des Auslegers 3a wird in Übereinstimmung mit einer Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung durchgeführt. Eine Betätigung in seitlicher Richtung am ersten Steuerhebel 25R entspricht beispielsweise einer Betätigung der Löffel 3c, und eine Betätigung in Aufwärts-/Abwärtsrichtung der Löffel 3c wird entsprechend einer Betätigung in seitlicher Richtung ausgeführt.
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Zum Beispiel werden der Arm 3b und die Dreheinheit 2 durch Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L betätigt. Eine Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung auf den zweiten Steuerhebel 25L entspricht beispielsweise einer Betätigung des Arms 3b, und eine Betätigung in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Arms 3b wird in Übereinstimmung mit einer Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung durchgeführt. Eine Betätigung in der seitlichen Richtung auf den zweiten Steuerhebel 25L entspricht beispielsweise einer Drehung der Dreheinheit 2, und eine Rechtsdrehung und eine Linksdrehung der Dreheinheit 2 werden entsprechend einer Betätigung in der seitlichen Richtung ausgeführt.
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Eine Betätigung in der seitlichen Richtung des ersten Steuerhebels 25R kann einer Betätigung des Auslegers 3a entsprechen, und eine Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung desselben kann einer Betätigung des Löffels 3c entsprechen. Die Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des zweiten Steuerhebels 25L kann einer Betätigung der Dreheinheit 2 entsprechen, und eine Betätigung in der seitlichen Richtung auf denselben kann einer Betätigung des Arms 3b entsprechen.
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Die Bedienvorrichtung 25 liefert ein Betätigungssignal in Übereinstimmung mit einer Betätigung durch einen Bediener. Ein Betätigungsbetrag wird von einem Betätigungsbetragssensor 26 auf der Grundlage eines von der Bedienvorrichtung 25 gelieferten Betätigungssignals erfasst. Der Betriebsgrößensensor 26 wird beispielsweise durch ein Potentiometer oder ein Hallelement realisiert. Ein Signal, das die vom Betriebsgrößensensor 26 erfasste Betriebsgröße angibt, wird an die Steuerung 20 übermittelt. Die Steuerung 20 steuert das EPC-Ventil 46 auf der Grundlage eines Betriebsbefehls von der Bedienvorrichtung 25, wie oben beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht ein von einer Bedienvorrichtung 25 eingestellter und vom Betätigungssensor 26 erfasster Betätigungsbetrag einem Betätigungsbefehlswert.
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Obwohl die Bedienvorrichtung 25 im vorliegenden Beispiel beispielsweise eine elektrische Bedienvorrichtung ist, kann die Bedienvorrichtung auch eine hydraulische Vorsteuerbedienvorrichtung sein. Wenn die Bedienvorrichtung 25 eine hydraulische Vorsteuerbedienvorrichtung ist, wird ein Betrag der Betätigung der Bedienvorrichtung 25 beispielsweise durch einen Drucksensor erfasst, der einen Öldruck erfasst.
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<Funktionsblock der Steuerung 20>
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Ein in 3 dargestellter Funktionsblock der Steuerung 20 wird nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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4 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock in der in 3 gezeigten Steuerung zeigt. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Steuerung 20 einen Speicher 23, eine Betriebsbefehlswert-Erfassungseinheit 31, einen Lastwertrechner 32, eine Drehwinkel-Erfassungseinheit 33, eine Arbeitsgeräte-Lageerfassungseinheit 34, eine Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35, eine Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36, einen Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag, eine Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag und eine Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe.
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Eine Sollhöhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand, ein Schwellenwert für eine natürliche Absenkung, eine zusätzliche Höhe und ähnliches werden in Speicher 23 gespeichert. Solche gespeicherten Informationen können zum Zeitpunkt der Auslieferung des Hydraulikbaggers 100 im Voraus im Speicher 23 gespeichert werden oder nach der Auslieferung im Speicher 23 gespeichert werden.
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Die Betriebsbefehlswert-Erfassungseinheit 31 erhält ein Signal, das einen Betriebsbetrag für die Bedienvorrichtung 25 anzeigt, als einen Betriebsbefehlswert vom Betriebsbetragssensor 26. Die Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 31 liefert den erhaltenen Betriebsbefehlswert an die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35.
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Der Ladungswertrechner 32 erhält von einem Ladungswertsensor 12 ein Signal mit Informationen, die für die Berechnung des Wertes einer Ladung im Löffel 3c erforderlich sind. Der Lastwertrechner 32 berechnet einen Lastwert im Löffel 3c auf der Grundlage der erhaltenen Informationen. Der Lastwertrechner 32 liefert den berechneten Lastwert an die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35.
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Der Lastwertsensor 12 erfasst Informationen, die für die Berechnung des Lastwerts im Löffel 3c erforderlich sind. Der Lastwert im Löffel 3c wird beispielsweise auf der Grundlage des Gleichgewichts der Momente von Ausleger 3a, Arm 3b und Löffel 3c um den Auslegerfußbolzen 5a berechnet. Zur Berechnung des Lastwertes werden ein Abstand vom Auslegerfußbolzen 5a zum Schwerpunkt des Auslegers 3a, ein Abstand vom Auslegerfußbolzen 5a zum Schwerpunkt des Arms 3b, ein Abstand vom Auslegerfußbolzen 5a zum Schwerpunkt des Löffels 3c, ein Gewicht des Auslegers 3a, ein Gewicht des Arms 3b, ein Gewicht des Löffels 3c sowie ein Kopfdruck und ein Bodendruck des Auslegerzylinders 4a verwendet. Daher fallen die Hubsensoren 7a bis 7c (oder Potentiometer 9a bis 9c und IMUs 8a bis 8c) zur Ermittlung des Abstands und die Drucksensoren 6a und 6b, die den Kopfdruck und den Bodendruck des Auslegerzylinders 4a messen, unter den Lastwertsensor 12.
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Die Drehwinkel-Erfassungseinheit 33 erhält vom Drehwinkelsensor 13 ein Erfassungssignal, das einen Drehwinkel der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahreinheit 1 anzeigt. Die Drehwinkel-Erfassungseinheit 33 liefert das den erhaltenen Drehwinkel anzeigende Erfassungssignal an die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35.
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Die Arbeitsgeräte-Lageerfassungseinheit 34 erhält von einem Arbeitsgeräte-Lagesensor 14 ein Signal mit Informationen, die zur Bestimmung der Lage des Arbeitsgeräts 3 erforderlich sind. Die Arbeitsgeräte-Lageerfassungseinheit 34 erkennt die Lage des Arbeitsgeräts 3 auf der Grundlage der erhaltenen Informationen. Die Arbeitsgeräte-Lageerfassungseinheit 34 liefert Informationen über die erfasste Lage des Arbeitsgeräts 3 an die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35.
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Der Arbeitsgeräte-Lagesensor 14 erfasst Informationen, die zur Bestimmung der Lage des Arbeitsgeräts 3 erforderlich sind. Die Lage des Arbeitsgeräts 3 kann zum Beispiel mit den Hubsensoren 7a bis 7c (oder den Potentiometern 9a bis 9c und den IMUs 8a bis 8c) ermittelt werden. Die Hubsensoren 7a bis 7c (oder die Potentiometer 9a bis 9c und die IMUs 8a bis 8c) fallen daher unter den Arbeitsgeräte-Lagesensor 14. Ein visueller Sensor (eine Stereokamera oder ein 3D-Scanner) kann als Arbeitsgeräte-Lagesensor 14 verwendet werden.
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Die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 bestimmt, ob sich der Hydraulikbagger 100 im Bereitschaftszustand befindet oder nicht. Der Bereitschaftszustand bezieht sich auf einen Zustand, in dem der Hydraulikbagger 100 in Bereitschaft steht und sein Betrieb gestoppt bleibt, bis die beladene Maschine 50 in die Beladestelle einfährt.
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Die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 stellt fest, dass der Bereitschaftszustand z.B. aufgrund der Tatsache eingestellt ist, dass der Löffel 3c durch die Hub- und Drehbewegung des Hydraulikbaggers 100 eine Ziel-Entladeposition erreicht.
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Die Bestimmung der Hub- und Drehbewegung kann durch Erfassen der Drehung der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahreinheit 1 erfolgen, wobei der Löffel 3c eine Last trägt. Daher kann die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 bestimmen, ob der Hydraulikbagger 100 eine Hub- und Drehbewegung ausführt oder nicht, und zwar auf der Grundlage von Informationen über den Lastwert von der Lastwert-Berechnungseinheit 32, Informationen über den Drehwinkel von der Drehwinkel-Erfassungseinheit 33 und dergleichen.
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Die Bestimmung, ob der Löffel 3c die Ziel-Entladeposition erreicht oder nicht, kann auf der Grundlage der Erfassung der Lage des Arbeitsgeräts 3, eines Drehwinkels der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahreinheit 1 und dergleichen erfolgen. Daher kann die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 bestimmen, ob der Löffel 3c die Ziel-Entladeposition erreicht oder nicht, basierend auf Informationen über die Lage des Arbeitsgeräts 3 von der Arbeitsgeräte-Lageerfassungseinheit 34, Informationen über den Drehwinkel von der Drehwinkel-Erfassungseinheit 33 und dergleichen.
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Bei der Bestimmung des Bereitschaftszustands kann die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 feststellen, ob der Hydraulikbagger 100 angehalten bleibt oder nicht. Wenn sich der Hydraulikbagger 100 nicht im automatischen Steuermodus befindet, kann festgestellt werden, ob der Hydraulikbagger 100 angehalten bleibt oder nicht, indem festgestellt wird, ob sich der erste Steuerhebel 25R und der zweite Steuerhebel 25L der Bedienvorrichtung 25 in einem neutralen Zustand befinden oder nicht. Daher kann die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 bestimmen, dass der Hydraulikbagger 100 angehalten bleibt, basierend auf Informationen über den Betriebsbefehlswert von der Betriebsbefehlswert-Erfassungseinheit 31. Alternativ kann die Bestimmung des Anhaltens des Hydraulikbaggers 100 auch beispielsweise auf der Grundlage der Tatsache erfolgen, dass ein von einem an einem Hauptventil montierten Schieberhubsensor entlang jeder Achse gemessener Wert eines Schieberhubs in einem Totbereich des Schiebers liegt. Alternativ kann die Bestimmung des Anhaltens des Hydraulikbaggers 100 auch beispielsweise auf der Grundlage von Informationen über die Geschwindigkeit des Zylinders entlang jeder Achse und Informationen über die Drehgeschwindigkeit erfolgen, die von einem Mechatro-Smart-Zylinder (MS) und der IMU erhalten werden.
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Wenn die Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 feststellt, dass sich der Hydraulikbagger 100 im Bereitschaftszustand befindet, wird ein Bestimmungssignal an die Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36 gesendet.
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Wenn der Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36 ein Signal von der Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit 35 empfängt, das den Bereitschaftszustand anzeigt, erfasst sie die aktuelle Höhe des Löffels 3c auf der Grundlage von Informationen vom Arbeitsgeräte-Lagesensor 14. Die Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36 sendet ein Signal, das die erfasste aktuelle Höhe des Löffels 3c angibt, an den Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag.
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Der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag berechnet den Betrag der natürlichen Absenkung des Löffels 3c im Bereitschaftszustand auf der Grundlage der aktuellen Höhe, die von der Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36 ermittelt wird, und der Sollhöhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand, die im Speicher 23 gespeichert ist. Insbesondere wird der Betrag der natürlichen Absenkung ((Sollhöhe) - (aktuelle Höhe)) durch Subtraktion der aktuellen Höhe des Löffels 3c von der Sollhöhe des Löffels 3c berechnet.
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Alternativ kann der natürliche Absenkungsbetrag auch berechnet werden, indem beispielsweise Informationen über die Höhe und die Lage des Löffels 3c zum Zeitpunkt des Übergangs in den Bereitschaftszustand im Speicher 23 gespeichert und gehalten werden und anschließend die aktuelle Höhe des Löffels von der gespeicherten und gehaltenen Höhe des Löffels 3c abgezogen wird.
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Der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag sendet ein Signal an die Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag, die den oben berechneten Betrag der natürlichen Absenkung angibt.
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Die Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag vergleicht den vom Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag erhaltenen Betrag mit einem Schwellenwert des im Speicher 23 gespeicherten Betrags des natürlichen Absenkens. Die Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag bestimmt, ob der Betrag der natürlichen Absenkung des Löffels 3c im Bereitschaftszustand den Schwellenwert überschritten hat oder nicht.
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Wenn der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag feststellt, dass der Betrag der natürlichen Absenkung den Schwellenwert überschritten hat, gibt er ein Bestimmungssignal an die Befehlseinheit 39 zum Einstellen der Löffelhöhe.
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Die Befehlseinheit 39 zum Einstellen der Löffelhöhe steuert die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c des Arbeitsgeräts 3 so, dass sie auf der Grundlage des Bestimmungssignals der Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag angetrieben werden. Insbesondere, wenn die Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag feststellt, dass der natürliche Absenkungsbetrag den Schwellenwert überschritten hat, steuert die Befehlseinheit 39 zum Einstellen der Löffelhöhe die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c so, dass sie angesteuert werden, um den Löffel 3c um eine Höhe anzuheben, die dem Ausmaß der natürlichen Absenkung entspricht.
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Während das Arbeitsgerät 3 so gesteuert wird, dass es angetrieben wird, kann das Arbeitsgerät 3 beispielsweise so gesteuert werden, dass eine Zylinderlänge jedes der Zylinder 4a bis 4c auf die Zylinderlänge jedes der Zylinder 4a bis 4c vor dem natürlichen Absenken zurückkehrt. Alternativ kann, während das Arbeitsgerät 3 angetrieben wird, z. B. nur ein Auslegeranhebungsvorgang durchgeführt werden, um den Ausleger um die Höhe anzuheben, die dem natürlichen Absenken des Löffels 3c entspricht. Alternativ kann, während das Arbeitsgerät 3 angetrieben wird, z. B. jeder Ausleger 3a, jeder Arm 3b und jeder Löffel 3c angetrieben werden, um zu einem Winkel des Arbeitsgeräts vor dem natürlichen Absenken zurückzukehren.
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Wie oben beschrieben, wird das Arbeitsgerät 3 so gesteuert, dass es den Löffel 3c anhebt, wenn eine natürliche Absenkung des Löffels 3c festgestellt wird und der Betrag der natürlichen Absenkung gleich oder größer als ein vorgeschriebener Wert ist.
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Die Steuerung 20 umfasst eine Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine und eine Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22. Die Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine erhält Informationen von der Messvorrichtung 10 oder dem Empfänger 11 und erfasst die Höhe der beladenen Maschine 50. Die Messvorrichtung 10 ist ein dreidimensionaler Abstandssensor, wie oben beschrieben, und wird beispielsweise durch eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine Stereokamera oder ein LIDAR realisiert. Wenn die Messvorrichtung 10 durch eine Stereokamera implementiert ist, nimmt die Messvorrichtung 10 ein Bild der beladenen Maschine 50 auf. Wenn die Messvorrichtung 10 mit einem LIDAR ausgestattet ist, bestrahlt die Messvorrichtung 10 die beladene Maschine 50 mit einem gepulsten Laser und misst das gestreute Licht. Die Höhe der beladenen Maschine 50 kann durch Ultrabreitband-Positionierung (UWB) erfasst werden. Die durch die Messung (Bildaufnahme oder -bestimmung) der Messvorrichtung 10 gewonnenen Informationen werden an die Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine weitergeleitet.
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Der Empfänger 11 empfängt ein Signal von einem Sender 53 der beladenen Maschine 50, wie oben beschrieben. Da der Empfänger 11 und der Sender 53 direkt miteinander kommunizieren, findet eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zwischen dem Hydraulikbagger 100 und der beladenen Maschine 50 statt.
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Alternativ können der Empfänger 11 und der Sender 53 über ein Verwaltungsgerät 60 (z. B. einen Verwaltungsserver) miteinander kommunizieren. In diesem Fall wird sowohl die Kommunikation zwischen dem Empfänger 11 und dem Verwaltungsgerät 60 als auch die Kommunikation zwischen dem Sender 53 und dem Verwaltungsgerät 60 drahtlos über einen nicht dargestellten Zugangspunkt hergestellt.
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Ein vom Empfänger 11 empfangenes Signal enthält Höheninformationen der beladenen Maschine 50. Die Höheninformation der beladenen Maschine 50 wird beispielsweise in einem Speicher 52 der beladenen Maschine 50 gespeichert. Darüber hinaus enthält ein vom Empfänger 11 empfangenes Signal Höheninformationen des Bodens, auf dem sich die beladene Maschine 50 befindet (der Boden an der Beladestelle). Die Höhe des Bodens, auf dem sich die beladene Maschine 50 befindet, wird beispielsweise von einer Antenne 51 für globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) der beladenen Maschine 50 erhalten. Das vom Empfänger 11 empfangene Signal wird an die Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine weitergeleitet.
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Die Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine 50 auf der Grundlage der von der Messvorrichtung 10 oder dem Empfänger 11 erhaltenen Informationen. Die Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine liefert ein Signal, das die erfasste Höhe der beladenen Maschine 50 angibt, an die Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22.
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Die Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22 ermittelt die Höhe der beladenen Maschine 50 und berechnet die Sollhöhe H2 des Löffels 3c auf der Grundlage der Höhe der beladenen Maschine 50. Wie in 2 gezeigt, ist die Sollhöhe H2 des Löffels 3c eine Höhe, die durch Hinzufügen einer zusätzlichen Höhe HA als Marge zur Höhe H1 der beladenen Maschine 50 ((Höhe H1 der beladenen Maschine 50) + (zusätzliche Höhe HA)) berechnet wird. Die zusätzliche Höhe HA wird im Speicher 23 gespeichert.
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Die Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22 sendet das Signal, das die berechnete Sollhöhe angibt, an der Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe.
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Die Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe steuert die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c des Arbeitsgeräts 3 so, dass sie auf der Grundlage des von der Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22 erhaltenen Signals, das die Sollhöhe angibt, angetrieben werden. Insbesondere steuert der Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c so, dass sie so angetrieben werden, dass der Löffel 3c auf die eingestellte Höhe eingestellt wird.
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Wie oben dargelegt, kann die Sollhöhe H2 des Löffels 3c im Bereitschaftszustand auf die Höhe eingestellt werden, die auf der Grundlage der Höhe der beladenen Maschine 50 berechnet wird, die durch die Kommunikation zwischen dem Hydraulikbagger 100 und der beladenen Maschine 50 ermittelt wird. Alternativ kann die Sollhöhe H2 des Löffels 3c im Bereitschaftszustand auf die Höhe eingestellt werden, die auf der Grundlage der Höhe der beladenen Maschine 50 berechnet wird, die durch Messung (Bildaufnahme oder -bestimmung) durch den Hydraulikbagger 100 erhalten wird.
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Die Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22 kann das Signal, das die berechnete Sollhöhe H2 angibt, an den Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag weiterleiten. In diesem Fall kann der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag einen Betrag der natürlichen Absenkung berechnen, der eine Differenz zwischen der von der Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36 erhaltenen aktuellen Höhe und der von der Löffelhöhen-Bestimmungseinheit 22 erhaltenen Sollhöhe H2 ((Sollhöhe) - (aktuelle Höhe)) ist. Der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag vergleicht den Betrag der natürlichen Absenkung mit dem in Speicher 23 gespeicherten Schwellenwert und stellt fest, ob der Betrag der natürlichen Absenkung des Löffels 3c im Bereitschaftszustand den Schwellenwert überschritten hat oder nicht. Auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Bestimmung kann der Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe, ähnlich wie oben beschrieben, die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c des Arbeitsgeräts 3 steuern, damit sie angetrieben werden. Insbesondere, wenn der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag feststellt, dass der Betrag der natürlichen Absenkung den Schwellenwert überschritten hat, steuert der Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c so, dass sie angetrieben werden, um den Löffel 3c um die Höhe anzuheben, die dem Betrag der natürlichen Absenkung entspricht.
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Wie oben dargelegt, erfasst die Steuerung 20 der natürliche Absenkungsbetrag des Löffels 3c im Bereitschaftszustand, in dem der Hydraulikbagger 100 auf das Zufahren der beladenen Maschine 50 wartet, und steuert das Arbeitsgerät 3 so, dass es den Löffel 3c auf der Grundlage des Ausmaßes der natürlichen Absenkung anhebt.
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Die Steuerung 20 ermittelt der natürliche Absenkungsbetrag des Löffels 3 auf der Grundlage der aktuellen Höhe des Löffels 3c, die vom Arbeitsgeräte-Lagesensor 14 (Erfassungseinheit) erfasst wird, und der Sollhöhe H2 des Löffels 3c im Bereitschaftszustand.
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Die Steuerung 20 steuert das Arbeitsgerät 3 so, dass der Löffel 3c um die Höhe angehoben wird, die dem Betrag der natürlichen Absenkung entspricht.
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Die Steuerung 20 steuert das Arbeitsgerät 3, um die Höhe des Löffels 3c auf die eingestellte Höhe H2 (2) einzustellen, und zwar auf der Grundlage von Informationen über die Höhe H1 (2) der beladenen Maschine 50, die von einer Höhenerfassungseinheit (Empfänger 11 oder Messvorrichtung 10) erhalten werden.
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Die Steuerung 20 wird beispielsweise durch einen Computer, einen Server oder ein tragbares Endgerät implementiert oder kann durch eine Zentraleinheit (CPU) implementiert werden. Die Steuerung 20 kann am Hydraulikbagger 100 montiert sein oder an einem vom Hydraulikbagger 100 entfernten Ort bereitgestellt werden.
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Das Verwaltungsgerät 60 kann über ein Netzwerk mit einer entfernten Fahrerkabine 70 verbunden sein. Die entfernte Fahrerkabine 70 kann über einen anderen Zugangspunkt als den oben beschriebenen Zugangspunkt drahtlos mit dem Hydraulikbagger verbunden werden, ohne dass das Verwaltungsgerät 60 dazwischengeschaltet ist. Durch diese drahtlose Verbindung kann der Hydraulikbagger 100 von der entfernten Fahrerkabine 70 aus ferngesteuert werden. Die entfernte Fahrerkabine 70 befindet sich an einem vom Einsatzort entfernten Ort.
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Das Verwaltungsgerät 60 kann ein Steuersignal für die beladene Maschine 50 vom Hydraulikbagger 100 und der entfernten Fahrerkabine 70 empfangen und das Steuersignal an die autonome beladene Maschine 50 weiterleiten. Beispiele für das Steuersignal, das vom Hydraulikbagger 100 und der entfernten Fahrerkabine 70 an die beladene Maschine 50 übertragen wird, umfassen ein Einfahrbefehlssignal und ein Wegfahrbefehlssignal. Das Einfahrbefehlssignal ist ein Signal, das die beladene Maschine 50 anweist, in die Verladestelle einzufahren. Das Wegfahrsignal ist ein Signal, das die beladene Maschine 50 anweist, sich nach Abschluss des Ladevorgangs von der Verladestelle zu entfemen und die Verladestelle zu verlassen.
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< Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine>
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Die Steuerung zum Anheben des Löffels 3c, wenn sich der Löffel 3c im Bereitschaftszustand von selbst absenkt, wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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5 ist ein erstes Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5 gezeigt, wird zunächst festgestellt, ob sich der Hydraulikbagger 100 im Bereitschaftszustand befindet oder nicht, in dem er auf die beladene Maschine 50 wartet (Schritt S1). Ob sich der Hydraulikbagger 100 im Bereitschaftszustand befindet oder nicht, wird auf der Grundlage von Informationen des Betriebsgrößensensors 26, des Lastwertsensors 12, des Drehwinkelsensors 13 und/oder des Arbeitsgeräte-Lagesensors 14, wie in 4 dargestellt, ermittelt.
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Wenn festgestellt wird, dass sich der Hydraulikbagger 100 nicht im Bereitschaftszustand befindet, wird die Bestimmung, ob sich der Hydraulikbagger 100 im Bereitschaftszustand befindet oder nicht, fortgesetzt (Schritt S1: 5).
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Wenn festgestellt wird, dass sich der Hydraulikbagger 100 im Bereitschaftszustand befindet, wird der natürliche Absenkungsbetrag des Löffels 3c erfasst (Schritt S2: 5). Wie in 4 gezeigt, wird der natürliche Absenkungsbetrag des Löffels 3c von dem Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag berechnet. Der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag berechnet den Betrag der natürlichen Absenkung auf der Grundlage der Differenz zwischen der aktuellen Höhe des Löffels 3c, die von der Löffelhöhen-Erfassungseinheit 36 erfasst wird, und der Sollhöhe im Bereitschaftszustand ((Sollhöhe) - (aktuelle Höhe)).
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Die im Speicher 23 gespeicherte festgelegte Höhe wird als Sollhöhe verwendet, wie in 4 gezeigt. Alternativ kann auch eine von der Löffelhöhen-Bestimmungseinheit berechnete Sollhöhe als Sollhöhe verwendet werden. Insbesondere kann eine auf der Höhe der beladenen Maschine 50 basierende Sollhöhe verwendet werden, die durch die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zwischen dem Sender 53 und dem Empfänger 11 ermittelt wird. Alternativ kann als Sollhöhe eine Sollhöhe verwendet werden, die auf der Höhe der beladenen Maschine 50 basiert, die durch eine Messung (Bildaufnahme oder -bestimmung) durch die Messvorrichtung 10 des Hydraulikbaggers 100 ermittelt wird.
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Nachdem der natürliche Absenkungsbetrag des Löffels 3c erfasst wurde, wird bestimmt, ob der natürliche Absenkungsbetrag den Schwellenwert überschritten hat oder nicht (Schritt S3: 5). Wie in 4 gezeigt, wird von der Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag bestimmt, ob der natürliche Absenkungsbetrag den Schwellenwert überschritten hat oder nicht. Wenn die Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag feststellt, dass der natürliche Absenkungsbetrag den Schwellenwert nicht überschritten hat, wird die Erfassung des Ausmaßes der natürlichen Absenkung fortgesetzt (Schritt S2).
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Wenn die Bestimmungseinheit 38 für den natürlichen Absenkungsbetrag feststellt, dass der natürliche Absenkungsbetrag den Schwellenwert überschritten hat, wird das Arbeitsgerät 3 so gesteuert, dass es den Löffel 3c anhebt (Schritt S4: 5). Die Höhe des Löffels 3c wird durch die Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe gesteuert, wie in 4 gezeigt. Die Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe steuert die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c des Arbeitsgeräts 3, die auf der Grundlage eines Bestimmungssignals von der Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe angetrieben werden. Der Löffel 3c wird somit so gesteuert, dass seine Höhe zunimmt. Insbesondere, wenn der Rechner 37 für den natürlichen Absenkungsbetrag feststellt, dass der natürliche Absenkungsbetrag den Schwellenwert überschritten hat, steuert die Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c so, dass sie angesteuert werden, um den Löffel 3c um die Höhe anzuheben, die dem Ausmaß der natürlichen Absenkung entspricht.
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Danach wird festgestellt, ob das Einfahren der beladenen Maschine 50 an die Verladestelle abgeschlossen ist oder nicht (Schritt S5). Wenn festgestellt wird, dass das Einfahren der beladenen Maschine 50 an die Verladestelle noch nicht abgeschlossen ist, wird die Erfassung des Ausmaßes der natürlichen Absenkung fortgesetzt (Schritt S2).
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Wenn festgestellt wird, dass das Einfahren der beladenen Maschine 50 zur Verladestelle abgeschlossen ist, wird eine Ladung im Löffel 3c auf eine Plattform der beladenen Maschine 50 ausgeworfen (Schritt S6). Danach führt der Hydraulikbagger 100 eine Abwärts- und Drehbewegung aus und führt den nächsten Aushub durch oder beendet den Aushub.
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Wie oben beschrieben, wird der Löffel 3c angehoben, wenn er sich im Bereitschaftszustand natürlich absenkt.
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Die Steuerung zur Einstellung der Höhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand auf die Sollhöhe wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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6 ist ein zweites Flussdiagramm, das das Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 6 gezeigt, erhält der Hydraulikbagger 100 eine Höheninformation der beladenen Maschine 50 (Schritt S11). Wie in 4 gezeigt, wird die Höheninformation der beladenen Maschine 50 von der Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine erfasst, die auf Informationen, die durch Messung (Bildaufnahme oder -bestimmung) durch die Messvorrichtung 10 erhalten werden, und/oder auf Informationen, die vom Empfänger 11 empfangen werden, basiert.
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Bei der Erfassung der Höhe der beladenen Maschine 50 wird die Höheninformation des Bodens, auf dem sich die beladene Maschine 50 befindet (der Boden an der Verladestelle), herangezogen. Die Höhe des Bodens, auf dem sich die beladene Maschine 50 befindet, wird von der Antenne 51 für das GNSS der beladenen Maschine 50 erfasst, und der Sender 53 überträgt die Informationen an den Empfänger des Hydraulikbaggers 100.
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Basierend auf den oben erhaltenen Höheninformationen der beladenen Maschine 50 wird die Sollhöhe des Löffels 3c beim Laden der Last auf die beladene Maschine 50 durch den Hydraulikbagger 100 bestimmt (Schritt S12: 6). Wie in 4 gezeigt, wird die Sollhöhe des Löffels 3c durch Addition der zusätzlichen Höhe als Marge zur Höhe der beladenen Maschine 50 durch der Löffelsollhöhen-Bestimmungseinheit 22 bestimmt.
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Eine Höhenposition des Löffels 3c wird eingestellt, um den Löffel 3c auf die Sollhöhe zu bringen (Schritt S13: 6). Wie in 4 gezeigt, wird die Höhenposition des Löffels 3c eingestellt, indem die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c des Arbeitsgeräts 3 so gesteuert werden, dass sie auf der Grundlage eines Signals angetrieben werden, das die Sollhöhe angibt, die durch die Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe von der Löffelsollhöhen-Bestimmungseinheit 22 erhalten wird. Insbesondere steuert die Befehlseinheit 39 zur Einstellung der Löffelhöhe die hydraulischen Stellglieder 4a, 4b und 4c so, dass sie angetrieben werden, um den Löffel 3c auf die Sollhöhe einzustellen.
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Wie oben beschrieben, wird die Steuerung zur Einstellung der Höhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand auf die Sollhöhe durchgeführt.
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Bei der Erfassung des Ausmaßes der natürlichen Absenkung (Schritt S2), wie in 5 dargestellt, kann zur Berechnung des Ausmaßes der natürlichen Absenkung auf der Grundlage der Differenz zwischen der aktuellen Höhe des Löffels 3c und der Sollhöhe im Bereitschaftszustand die Sollhöhe des Löffels 3c, die in Schritt S12 der 6 bestimmt wird, als die Sollhöhe verwendet werden.
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< Funktionsweise und Auswirkungen>
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Die Funktionsweise und Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, erfasst die Steuerung 20 im Bereitschaftszustand, in dem der Hydraulikbagger 100 auf das Einfahren der beladenen Maschine 50 wartet, der natürliche Absenkungsbetrag des Löffels 3c, wie in 4 gezeigt, und steuert das Arbeitsgerät 3, um den Löffel 3c auf der Grundlage des Ausmaßes der natürlichen Absenkung anzuheben. Daher kann eine Beeinträchtigung des Löffels 3c durch die beladene Maschine 50 zum Zeitpunkt der Einfahrt der beladenen Maschine 50 an die Verladestelle vermieden werden.
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Der Löffel 3c wird in Abhängigkeit von der natürlichen Absenkung angehoben. Daher wird die Änderung des Winkels des Löffels 3c in Richtung des Bodenauswurfs bei natürlicher Absenkung unterdrückt, und das Herausfallen der Last aus dem Löffel 3c bei Änderung des Winkels des Löffels 3c wird unterdrückt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 einen Arbeitsgeräte-Lagesensor 14 (Erfassungseinheit), der die aktuelle Höhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand erfasst. Die Steuerung 20 ermittelt den Betrag der natürlichen Absenkung des Löffels 3c auf der Grundlage der aktuellen Höhe des Löffels 3c, die vom Arbeitsgeräte-Lagesensor 14 erfasst wird, und der eingestellten Höhe des Löffels 3c im Bereitschaftszustand. Die Höhe, die dem Absenken des Löffels 3c aufgrund des Eigengewichts des Löffels 3c im Bereitschaftszustand und der Last im Löffel 3c entspricht, kann so erfasst werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, steuert die Steuerung 20 das Arbeitsgerät, um den Löffel 3c um die Höhe anzuheben, die dem Betrag der natürlichen Absenkung entspricht. Der Löffel 3c kann somit so gesteuert werden, dass er auf der eingestellten Höhe gehalten wird.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 eine Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine (Höhenerfassungseinheit), die Höheninformationen der beladenen Maschine 50 auf der Grundlage von Informationen, die von der beladenen Maschine 50 übertragen werden, und/oder von Informationen, die durch Messungen für die beladene Maschine 50 erhalten werden, erhält. Die Steuerung 20 steuert das Arbeitsgerät 3, um die Höhe des Löffels 3c auf der Grundlage der von der Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine 50 erhaltenen Höheninformationen auf die Sollhöhe einzustellen. Die Höhe jeder beladenen Maschine 50 kann somit erfasst werden. Daher kann eine Beeinträchtigung des Löffels 3c durch die beladene Maschine 50 zuverlässig vermieden werden, selbst wenn verschiedene beladene Maschinen 50 an die Verladestelle einfahren. Falls eine Störung der beladenen Maschine 50 beim Zufahren zur Verladestelle des Löffels 3c auftritt, kann die Höhe des Löffels 3c ohne natürliche Absenkung des Löffels 3c angepasst werden. Die Möglichkeit einer Beeinträchtigung des Löffels 3c beim Einfahren der beladenen Maschine 50 aufgrund eines Fehlers bei der Einstellung des Löffels 3c in eine angestrebte korrekte Bereitschaftsstellung, z. B. aufgrund eines Messfehlers bei der Erkennung der Topografie oder eines Anhaltefehlers bei der Steuerung des Arbeitsgeräts, kann so verringert werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 einen Empfänger 11, der von der beladenen Maschine 50 übertragene Informationen empfängt. Auf diese Weise kann eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zwischen dem Hydraulikbagger 100 und der beladenen Maschine 50 hergestellt werden, und der Hydraulikbagger 100 kann Informationen erhalten, die in der beladenen Maschine 50 gespeichert sind (z. B. Höheninformationen der beladenen Maschine 50). Der Löffel 3c kann somit für jede der geladenen Maschinen 50 auf eine geeignete Höhe eingestellt werden. Somit kann auch beim Einfahren verschiedener beladener Maschinen 50 an die Verladestelle eine Beeinträchtigung des Löffels 3c durch die beladene Maschine 50 zuverlässig vermieden werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 eine Messvorrichtung 10, die eine Messung für die beladene Maschine 50 durchführt. Diese Messvorrichtung 100 kann eine Höhe der beladenen Maschine 50 für jede beladene Maschine 50 messen. Der Löffel 3c kann somit für jede der mehreren beladenen Maschinen 50 auf eine geeignete Höhe eingestellt werden. Somit kann auch beim Einfahren verschiedener beladener Maschinen 50 an die Verladestelle eine Beeinträchtigung des Löffels 3c durch die beladene Maschine 50 zuverlässig vermieden werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, umfasst die beladene Maschine 50 einen Sender 53, der Höheninformationen der beladenen Maschine 50, die von der Einheit 21 zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine (Höhenerfassungseinheit) des Hydraulikbaggers 100 erhalten werden, an den Hydraulikbagger 100 überträgt. Auf diese Weise kann eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zwischen dem Hydraulikbagger 100 und der beladenen Maschine 50 hergestellt werden, und der Hydraulikbagger 100 kann Höheninformationen der beladenen Maschine 50 erhalten, die in der beladenen Maschine 50 gespeichert sind.
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Es sollte verstanden werden, dass die hier offenbarte Ausführungsform in jeder Hinsicht der Veranschaulichung dient und nicht als einschränkend zu erachten ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch die Begriffe der Ansprüche als durch die obige Beschreibung definiert und soll alle Änderungen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahreinheit;
- 1a
- Raupenbandgerät;
- 2
- Dreheinheit;
- 2a
- Fahrerkabine;
- 2b
- Fahrersitz;
- 2c
- Motorraum;
- 2d
- Gegengewicht;
- 3
- Arbeitsgerät;
- 3a
- Ausleger;
- 3b
- Arm;
- 3c
- Löffel;
- 3d
- Löffelglied;
- 3da
- erstes Verbindungselement;
- 3db
- zweites Verbindungselement;
- 3dc
- oberer Bolzen des Löffelzylinders;
- 3dd
- erster Verbindungsabschnitt;
- 3de
- zweiter Verbindungsabschnitt;
- 4a
- Auslegerzylinder;
- 4a
- Hydraulikzylinder;
- 4aa
- Zylinder;
- 4ab
- Zylinderstange;
- 4b
- Armzylinder;
- 4c
- Löffelzylinder;
- 5a
- Auslegerfußbolzen;
- 5b
- Auslegerspitzenendbolzen;
- 5c
- Bolzen;
- 6a, 6b
- Drucksensor;
- 7a, 7c
- Hubsensor;
- 9a, 9b, 9c
- Potentiometer;
- 10
- Messvorrichtung;
- 11
- Empfänger;
- 12
- Lastwertsensor;
- 13
- Drehwinkelsensor;
- 14
- Arbeitsgeräte-Lagesensor;
- 20
- Regler;
- 21
- Einheit zur Erfassung der Höhe der beladenen Maschine;
- 22
- Löffelhöhen-Bestimmungseinheit;
- 23, 52
- Speicher;
- 25
- Bedienvorrichtung;
- 25L
- zweiter Steuerhebel;
- 25R
- erster Steuerhebel;
- 26
- Betätigungsbetragssensor;
- 31
- Betriebsbefehlswert-Erfassungseinheit;
- 32
- Lastwert-Rechner;
- 33
- Drehwinkel-Erfassungseinheit;
- 34
- Arbeitsgeräte-Lageerfassungseinheit;
- 35
- Bereitschaftszustands-Bestimmungseinheit;
- 36
- Löffelhöhen-Erfassungseinheit;
- 37
- Rechner für den natürlichen Absenkungsbetrag;
- 38
- Einheit zur Bestimmung des natürlichen Absenkungsbetrags;
- 39
- Befehlseinheit zur Einstellung der Löffelhöhe;
- 41
- Hauptventil;
- 42
- Motor;
- 43
- Hydraulikpumpe;
- 44
- Drehmotor;
- 45
- Selbstdruckreduzierventil;
- 46
- EPC-Ventil;
- 50
- beladene Maschine;
- 51
- Antenne;
- 53
- Sender;
- 60
- Verwaltungsgerät;
- 70
- Fernbedienungskabine;
- 100
- Hydraulikbagger
