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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Ermitteln von Informationen sowie ein Verfahren zum Ermitteln von Informationen über eine Arbeitsmaschine.
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Technischer Hintergrund
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Mit informationsbasiertem Bauen werden unter Einsatz von Informations-und-Kommunikations-Technologie (IKT) bei Bauarbeiten in Erdbewegungs-Projekten hocheffiziente und hochpräzise Konstruktionen realisiert. Als Beispiel für eine informationsbasierte Bautechnologie wurde eine Technologie zum Leiten von Maschinen vorgeschlagen, die es ermöglicht, eine Position einer Arbeitsmaschine mit Hilfe einer Positioniervorrichtung, wie einer Totalstation oder eines globalen Satellitennavigationssystems, (GNSS) zu erfassen, und die Informationen über einen Unterschied zwischen Planungsdaten einer Baustelle und aktuellen Topographiedaten auf einem Monitor an einem Fahrersitz der Arbeitsmaschine bereitstellt.
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Ein Hydraulikbagger stellt eine der Arbeitsmaschinen dar. Der Hydraulikbagger kann eine Arbeitsausrüstung enthalten, die aus einem Ausleger, einem Stiel und einem Löffel besteht. Der Ausleger, der Stiel und der Löffel können aufeinanderfolgend über Bolzen schwenkbar gelagert sein. Für Instruktionen, die auf der Technologie zum Leiten von Maschinen basieren, beschreibt Nichtpatent-Dokument 1 Messung einer Abmessung zwischen Bolzen an beweglichen Abschnitten, beispielsweise einer Abmessung des Stiels und einer Abmessung des Löffels eines IKT-Hydraulikbaggers.
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Liste der Anführungen
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Nichtpatent-Dokumente
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Nichtpatent-Dokument 1: Kinki Technical Office, Kinki Regional Development Bureau, Ministry of Land, Infrastructure, Transport, and Tourism, „Mashin Gaidansu Gijutsu (Bakkuhou hen) no Tebiki Sho (Guide for Machine Guidance Technology (Backhoe))“, März 2014, S. 29
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Zum Berechnen einer Abmessung zwischen Bolzen auf Basis eines Ergebnisses von Messung einer Position jedes Bolzens an einer Arbeitsausrüstung einer Arbeitsmaschine unter Verwendung einer Totalstation oder dergleichen sollte ein Messobjekt an der Position jedes Bolzens angebracht werden. Arbeitsvorgänge zum Anbringen dieses Messobjektes sind kompliziert, und darüber hinaus ist Genauigkeit von Anbringung nicht gewährleistet, da das Messobjekt manuell an jedem Bolzen angebracht wird.
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Die vorliegende Offenbarung schlägt ein System zum Ermitteln von Informationen sowie ein Verfahren zum Ermitteln von Informationen vor, die genauere Erfassung von Informationen über eine Arbeitsmaschine für informationsbasierte Konstruktionen mittels vereinfachter Arbeitsvorgänge ermöglichen.
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Lösung des Problems
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein System zum Ermitteln von Informationen vorgeschlagen. Das System zum Ermitteln von Informationen schließt eine Arbeitsmaschine, einen Zielabschnitt, eine Einheit für Messung einer Position sowie eine Einheit zum Ermitteln von Informationen ein. Die Arbeitsmaschine enthält einen Trägerabschnitt und einen beweglichen Abschnitt, der relativ zu dem Trägerabschnitt bewegt werden kann. Der Zielabschnitt ist an dem beweglichen Abschnitt angebracht. Die Einheit für Messung einer Position misst kontinuierlich Positionen des Zielabschnitts, der sich mit Bewegung des beweglichen Abschnitts relativ zu dem Trägerabschnitt bewegt. Die Einheit zum Ermitteln von Informationen ermittelt dreidimensionale Informationen über die Arbeitsmaschine auf Basis einer mittels Messung ermittelten Bahn des Zielabschnitts.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Ermitteln von Informationen vorgeschlagen, mit dem dreidimensionale Informationen über eine Arbeitsmaschine erfasst werden. Die Arbeitsmaschine enthält einen Trägerabschnitt und einen beweglichen Abschnitt, der relativ zu dem Trägerabschnitt bewegt werden kann. Ein Zielabschnitt ist an dem beweglichen Abschnitt der Arbeitsmaschine angebracht. Das Verfahren zum Ermitteln von Informationen schließt die unten dargestellte Verarbeitung ein. Erste Verarbeitung besteht darin, den beweglichen Abschnitt relativ zu dem Trägerabschnitt zu bewegen. Zweite Verarbeitung besteht darin, kontinuierlich Positionen des Zielabschnitts zu messen, der sich mit Bewegung des beweglichen Abschnitts relativ zu dem Trägerabschnitt bewegt. Dritte Verarbeitung besteht darin, die dreidimensionalen Informationen über die Arbeitsmaschine auf Basis einer mittels Messung ermittelten Bahn zu ermitteln.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Mit dem System zum Ermitteln von Informationen und dem Verfahren zum Ermitteln von Informationen gemäß der vorliegenden Offenbarung können Informationen über die Arbeitsmaschine mittels vereinfachter Arbeitsvorgänge genauer ermittelt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes eines Hydraulikbaggers.
- 2 ist ein Schema, das eine schematische Konfiguration eines Systems zum Ermitteln von Informationen auf Basis einer Ausführungsform zeigt.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration des Systems zum Ermitteln von Informationen zeigt.
- 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Prozesses zum Erfassen dreidimensionaler Informationen über den Hydraulikbagger darstellt.
- 5 ist eine schematische Draufsicht, die Umdrehung einer Umdrehungs-Einheit darstellt.
- 6 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Neigungswinkel einer Umdrehungs-Ebene und einen Anbringungsfehler einer inertialen Mess-Einheit darstellt.
- 7 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion eines Auslegers beim Herleiten einer Arbeitsebene einer Arbeitsausrüstung darstellt.
- 8 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion eines Löffels beim Herleiten einer Abmessung des Löffels darstellt.
- 9 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion eines Stiels beim Herleiten einer Abmessung des Stiels darstellt.
- 10 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion des Auslegers beim Herleiten einer Abmessung des Auslegers darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden den gleichen Elementen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und ihre Bezeichnungen und Funktionen sind ebenfalls die gleichen. Daher werden diese nicht nochmals ausführlich beschrieben.
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1 ist eine schematische Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes eines Hydraulikbaggers 100 als Beispiel für eine Arbeitsmaschine, über die Informationen mittels eines Systems zum Ermitteln von Informationen sowie eines Verfahrens zum Ermitteln von Informationen auf Basis der Ausführungsform erfasst werden. Hydraulikbagger 100 wird in der Ausführungsform als ein Beispiel für die Arbeitsmaschine beschrieben.
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Hydraulikbagger 100 enthält, wie in 1 gezeigt, einen Hauptkörper 1 und eine hydraulisch betätigte Arbeitsausrüstung 2. Hauptkörper 1 enthält eine Umdrehungs-Einheit 3 und eine Fahr-Einheit 5. Fahr-Einheit 5 enthält ein Paar Raupenketten 5Cr und einen Fahr-Motor 5M. Fahr-Motor 5M dient als eine Antriebsquelle für Fahr-Einheit 5. Fahr-Motor 5M ist ein hydraulisch betätigter Hydraulikmotor.
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Wenn Hydraulikbagger 100 in Betrieb ist, ist Fahr-Einheit 5, genauer gesagt Raupenkette 5Cr, in Kontakt mit dem Boden. Fahr-Einheit 5 kann auf dem Boden fahren, wenn sich die Raupenketten 5Cr drehen. Fahr-Einheit 5 kann anstelle der Raupenketten 5Cr auch Räder (Reifen) enthalten.
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Umdrehungs-Einheit 3 ist an Fahr-Einheit 5 angeordnet und wird von Fahr-Einheit 5 getragen. Umdrehungs-Einheit 3 kann relativ zu Fahr-Einheit 5 bewegt werden. Umdrehungs-Einheit 3 ist an Fahr-Einheit 5 so installiert, dass sie sich in Bezug auf Fahr-Einheit 5 um eine Umdrehungs-Achse RX herum drehen kann. Umdrehungs-Einheit 3 ist an Fahr-Einheit 5 mit einem dazwischen angeordneten Drehkranz-Abschnitt angebracht. Der Drehkranz-Abschnitt ist in einer Draufsicht im Wesentlichen in einem Mittelabschnitt von Hauptkörper 1 angeordnet. Der Drehkranz-Abschnitt ist im Allgemeinen ringförmig und enthält eine Innenverzahnung für Umdrehung an einer Innenumfangsfläche. Ein Ritzel, das mit dieser Innenverzahnung kämmt, ist an einem nicht dargestellten Umdrehungs-Motor angebracht. Da sich der Drehkranz-Abschnitt durch Übertragung von Antriebskraft von dem Umdrehungs-Motor dreht, kann sich Umdrehungs-Einheit 3 relativ zu Fahr-Einheit 5 drehen.
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Umdrehungs-Einheit 3 enthält ein Führerhaus 4. Ein Fahrer (Bedienungsperson) von Hydraulikbagger 100 sitzt in Führerhaus 4 und steuert Hydraulikbagger 100. Führerhaus 4 ist mit einem Fahrersitz 4S versehen, auf dem eine Bedienungsperson sitzt. Die Bedienungsperson kann Hydraulikbagger 100 in Führerhaus 4 bedienen. In Führerhaus 4 kann die Bedienungsperson Arbeitsausrüstung 2 bedienen, kann eine Betätigung zum Drehen von Umdrehungs-Einheit 3 in Bezug auf Fahr-Einheit 5 durchführen und kann eine Betätigung zum Fahren von Hydraulikbagger 100 mittels Fahr-Einheit 5 durchführen. Obwohl Hydraulikbagger 100 in der vorliegenden Offenbarung aus dem Inneren von Führerhaus 4 bedient wird, kann er auch von einem von Hydraulikbagger 100 entfernten Ort aus über Funk ferngesteuert werden.
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In der Ausführungsform dient bei der Beschreibung der Positionsbeziehung jedes Teils in Umdrehungs-Einheit 3 von Hydraulikbagger 100 die im Inneren von Kabine 4 auf Fahrersitz 4S sitzende Bedienungsperson als ein Bezugspunkt. Eine Längsrichtung bezieht sich auf eine Längsrichtung der Bedienungsperson, die auf Fahrersitz 4S sitzt. Eine Richtung, in die die auf Fahrersitz 4S sitzende Bedienungsperson blickt, ist als die Vorwärtsrichtung definiert, und eine Richtung hinter der Bedienungsperson, die auf Fahrersitz 4S sitzt, ist als die Rückwärtsrichtung definiert. Eine Querrichtung bezieht sich auf eine Querrichtung der Bedienungsperson, die auf Fahrersitz 4S sitzt. Eine rechte Seite und eine linke Seite für die auf Fahrersitz 4S sitzende und nach vorn gewandte Bedienungsperson sind als nach rechts gerichtet bzw. nach links gerichtet definiert. Eine vertikale Richtung bezieht sich auf die vertikale Richtung der Bedienungsperson, die auf Fahrersitz 4S sitzt. Eine Seite der Füße der Bedienungsperson, die auf Fahrersitz 4S sitzt, ist als die untere Seite definiert, und eine Seite des Kopfes ist als die obere Seite definiert. Eine Seite, an der Arbeitsausrüstung 2 von Umdrehungs-Einheit 3 in der Längsrichtung vorsteht, ist die Vorwärts-Richtung, und eine Richtung entgegengesetzt zu der Vorwärts-Richtung ist die Rückwärts-Richtung. Eine rechte Seite und eine linke Seite der Querrichtung sind bei Blick nach vorn nach rechts gerichtet bzw. nach links gerichtet. Eine Seite in der Höhenrichtung, an der sich der Boden befindet, ist als eine untere Seite definiert, und eine Seite, an der sich der Himmel befindet, ist als eine obere Seite definiert.
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Umdrehungs-Einheit 3 enthält einen Motorraum 9, der einen Motor aufnimmt, sowie ein Gegengewicht, das in einem hinteren Abschnitt von Umdrehungs-Einheit 3 vorhanden ist. In Motorraum 9 sind ein Motor, der Antriebskraft erzeugt, und eine Hydraulikpumpe angeordnet, die einem Hydraulik-Stellglied Hydrauliköl zuführt, wenn sie von dem Motor erzeugte Antriebskraft erhält.
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An Umdrehungs-Einheit 3 befindet sich ein Handlauf 19 vor Motorraum 9. Antenne 21 befindet sich an Handlauf 19. Antenne 21 ist beispielsweise eine Antenne für GNSS. Antenne 21 schließt eine erste Antenne 21A und eine zweite Antenne 21B ein, die sich in Umdrehungs-Einheit 3 befinden und in der Querrichtung voneinander entfernt sind.
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Arbeitsausrüstung 2 ist an Umdrehungs-Einheit 3 installiert und wird von ihr getragen. Arbeitsausrüstung 2 enthält einen Ausleger 6, einen Stiel 7 und einen Löffel 8. Ausleger 6 ist schwenkbar mit Umdrehungs-Einheit 3 gekoppelt. Stiel 7 ist drehbar mit Ausleger 6 gekoppelt. Löffel 8 ist drehbar mit Stiel 7 gekoppelt. Löffel 8 enthält eine Vielzahl von Zähnen. Ein vorderes Ende von Löffel 8 wird als eine Schneidkante 8a bezeichnet.
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Löffel 8 muss keinen Zahn enthalten. Das vordere Ende von Löffel 8 kann aus einer Stahlplatte in einer geraden Form bestehen.
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Ein hinteres Ende von Ausleger 6 ist mit Umdrehungs-Einheit 3 gekoppelt, wobei ein Ausleger-Fußbolzen 13 (der im Folgenden als ein Auslegerbolzen bezeichnet wird) dazwischen angeordnet ist. Ein hinteres Ende von Stiel 7 ist mit einem vorderen Ende von Ausleger 6 gekoppelt, wobei ein Stiel-Koppelbolzen 14 (der im Folgenden als ein Stielbolzen bezeichnet wird) dazwischen angeordnet ist. Löffel 8 ist mit einem vorderen Ende von Stiel 7 gekoppelt, wobei ein Löffel-Koppelbolzen 15 (der im Folgenden als ein Löffelbolzen bezeichnet wird) dazwischen angeordnet ist. Auslegerbolzen 13, Stielbolzen 14 und Löffelbolzen 15 erstrecken sich im Wesentlichen in der Querrichtung.
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Ausleger 6 kann relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 bewegt werden. Ausleger 6 kann relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 um Auslegerbolzen 13 herum gedreht werden. Stiel 7 kann relativ zu Ausleger 6 bewegt werden. Stiel 7 kann relativ zu Ausleger 6 um Stielbolzen 14 herum gedreht werden. Löffel 8 kann relativ zu Stiel 7 bewegt werden. Löffel 8 kann relativ zu Stiel 7 um Löffelbolzen 15 herum gedreht werden.
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Stiel 7 und Löffel 8 können relativ zu Ausleger 6 integral bewegt, insbesondere relativ dazu gedreht, werden, während sich Löffel 8 relativ zu Stiel 7 nicht dreht. Ausleger 6, Stiel 7 und Löffel 8 können relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 integral bewegt, d. h. relativ dazu gedreht, werden, während sich Löffel 8 relativ zu Stiel 7 nicht dreht und sich Stiel 7 relativ zu Ausleger 6 nicht dreht. Arbeitsausrüstung 2 und Umdrehungs-Einheit 3 können relativ zu Fahr-Einheit 5 integral bewegt, d.h. relativ dazu gedreht, werden, während sich Arbeitsausrüstung 2 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 nicht dreht.
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Arbeitsausrüstung 2 enthält einen Auslegerzylinder 10, einen Stielzylinder11 und einen Löffelzylinder 12. Auslegerzylinder 10 treibt Ausleger 6 an Stielzylinder 11 treibt Stiel 7 an. Löffelzylinder 12 treibt Löffel 8 an. Auslegerzylinder 10, Stielzylinder 11, und Löffelzylinder 12 sind jeweils als ein Hydraulikzylinder ausgeführt, der mit Hydrauliköl angetrieben wird.
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Löffelzylinder 12 ist an Stiel 7 angebracht. Wenn Löffelzylinder 12 ausfährt und einfährt, dreht sich Löffel 8 in Bezug auf Stiel 7. Arbeitsausrüstung 2 enthält eine Löffelkoppel. Die Löffelkoppel koppelt Löffelzylinder 12 und Löffel 8 miteinander.
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Eine Steuerungseinrichtung 26 ist an Hydraulikbagger 100 installiert. Steuerungseinrichtung 26 steuert Arbeitsvorgänge von Hydraulikbagger 100.
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2 ist ein Schema, das eine schematische Konfiguration eines Systems zum Ermitteln von Informationen auf Basis der Ausführungsform darstellt. Ein Zielabschnitt 40 ist an Hydraulikbagger 100 angebracht. Zielabschnitt 40 ist an einem Teil Von Hydraulikbagger 100 angebracht. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist Zielabschnitt 40 an Schneidkante 8a von Löffel 8 angebracht.
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Das System zum Ermitteln von Informationen enthält eine Einheit 50 für Messung einer Position. Einheit 50 für Messung einer Position misst eine Position von Zielabschnitt 40. Einheit 50 für Messung einer Position ist beispielsweise als eine Lasernachführungseinrichtung ausgeführt, und in diesem Fall ist Zielabschnitt 40 als ein Ziel-Reflektor ausgeführt. Lasernachführungseinrichtung emittiert Laserstrahlen L auf den Ziel-Reflektor. Wenn die Laserstrahlen L auf den Ziel-Reflektor emittiert werden, reflektiert der Ziel-Reflektor Licht in einer Richtung, die die gleiche ist wie eine Emissionsrichtung. Reflektiertes Licht kehrt zu der Lasernachführungseinrichtung zurück. Die Lasernachführungseinrichtung kann eine Entfernung zwischen der Lasernachführungseinrichtung und dem Ziel-Reflektor auf Basis von Zeit ermitteln, die für Rückkehr der Laserstrahlen L von dem Ziel-Reflektor erforderlich ist. Die Lasernachführungseinrichtung selbst kennt die Emissionsrichtung der Laserstrahlen L. Die Lasernachführungseinrichtung kann eine dreidimensionale Position des Ziel-Reflektors auf Basis der Emissionsrichtung der Laserstrahlen sowie der Entfernung zu dem Ziel-Reflektor ermitteln.
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Die Lasernachführungseinrichtung kann kontinuierlich dreidimensionale Positionen eines sich bewegenden Ziel-Reflektors mit einer hohen Abtastrate messen. Die Lasernachführungseinrichtung kann automatisch Bewegung des Ziel-Reflektors verfolgen, um kontinuierlich dreidimensionale Positionen zu erfassen. Die Lasernachführungseinrichtung kann so eine Bahn des sich bewegenden Ziel-Reflektors ermitteln. Die dreidimensionalen Positionen des Ziel-Reflektors, die kontinuierlich mit der hohen Abtastrate gemessen werden, können als die Bahn des Ziel-Reflektors verarbeitet werden.
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Einheit 50 für Messung einer Position sollte nur in der Lage sein, eine dreidimensionale Position von Zielabschnitt 40 zu ermitteln, und ist nicht auf die Lasernachführungseinrichtung beschränkt. Einheit 50 für Messung einer Position kann beispielsweise als eine Totalstation mit einer Funktion zum Verfolgen von Zielabschnitt 40 ausgeführt sein. Als Alternative dazu kann Einheit 50 für Messung einer Position beispielsweise als eine Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer Stereokamera ausgeführt sein, und in diesem Fall kann Zielabschnitt 40 als eine Markierung ausgeführt sein, die Erkennung einer Position von Zielabschnitt 40 in einem aufgenommenen Bild ermöglicht. Als Alternative dazu kann Einheit 50 für Messung einer Position beispielsweise als eine Kombination aus einem beliebigen Winkelmesser und einem beliebigen Entfernungsmesser ausgeführt sein.
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Das System zum Ermitteln von Informationen enthält eine Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen befindet sich beispielsweise an der Außenseite von Hydraulikbagger 100. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen kann mit Einheit 50 für Messung einer Position über drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationseinrichtungen kommunizieren. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ist ein Computer, der eine ZentralEinheit (CPU), einen nichtflüchtigen Speicher und einen Zeitgeber enthält.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt dreidimensionale Informationen über Hydraulikbagger 100 auf Basis der Bahn des sich bewegenden Zielabschnitts 40. Die dreidimensionalen Informationen über Hydraulikbagger 100, die von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt werden, schließen beispielsweise eine Abmessung von Arbeitsausrüstung 2 von Hydraulikbagger 100, eine Ebene, die von einer Bahn von Arbeitsausrüstung 2 beschrieben wird, die sich relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 dreht, sowie eine Ebene ein, die von einer Bahn von Umdrehungs-Einheit 3 beschrieben wird, die sich relativ zu Fahr-Einheit 5 dreht. Die dreidimensionalen Informationen über Hydraulikbagger 100 können Informationen über eine Koordinate einer Position eines vorgeschriebenen Teils von Hydraulikbagger 100 in einem dreidimensionalen Raum, Informationen über einen Abstand zwischen zwei vorgeschriebenen Teilen oder Informationen über eine Ebene sein, die durch eine Form oder eine Stellung von Hydraulikbagger 100 definiert wird. Ein Koordinatensystem des sogenannten International Terrestrial Reference System (ITRF) kann als das Koordinatensystem für den dreidimensionalen Raum angewendet werden.
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration des Systems zum Ermitteln von Informationen zeigt. Hydraulikbagger 100 schließt zusätzlich zu Umdrehungs-Einheit 3, Ausleger 6, Stiel 7, Löffel 8 und Steuerungseinrichtung 26, wie sie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind, eine inertiale Mess-Einheit (IMU) 30 ein. Die inertiale Mess-Einheit 30 erfasst eine Neigung von Hydraulikbagger 100. Die inertiale Mess-Einheit 30 erfasst einen Neigungswinkel von Hydraulikbagger 100 in Bezug auf die Längsrichtung, die Querrichtung und die vertikale Richtung. Die inertiale Mess-Einheit 30 entspricht in der Ausführungsform einem Neigungssensor, der einen Neigungswinkel des Bodens erfasst, auf dem sich Hydraulikbagger 100 befindet. Die inertiale Mess-Einheit 30 ist, wie in 2 gezeigt, an einer Position in der Mitte in der Querrichtung in einem vorderen Abschnitt von Umdrehungs-Einheit 3 angebracht.
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Zielabschnitt 40 ist an einem Teil von Umdrehungs-Einheit 3 oder Arbeitsausrüstung 2 (Ausleger 6, Stiel 7 und Löffel 8) an Hydraulikbagger 100 angebracht. Einheit 50 für Messung einer Position misst eine dreidimensionale Position von Zielabschnitt 40, der an Umdrehungs-Einheit 3, Ausleger 6, Stiel 7 oder Löffel 8 angebracht ist.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen schließt eine Eingabe-Einheit 61, eine Einheit 62 zum Herleiten einer Umdrehungs-Ebene, eine Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU, eine Einheit 64 zum Herleiten einer Arbeitsebene der Arbeitsausrüstung, eine Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius, eine Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung sowie eine Ausgabe-Einheit 67 ein.
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4 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Prozesses zum Erfassen dreidimensionaler Informationen über Hydraulikbagger 100 darstellt. Im Folgenden werden Details einer Funktion jedes Funktionsblocks von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen, die in 3 dargestellt sind, sowie von jedem Funktionsblock durchgeführter Verarbeitung zum Ermitteln dreidimensionaler Informationen über Hydraulikbagger 100 beschrieben. Die dreidimensionalen Informationen über Hydraulikbagger 100, die in dem im Folgenden dargestellten Prozess ermittelt werden, sind ein Parameter, der für genaues Herleiten einer Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 sowie zum Verbessern von Genauigkeit bei Berechnung einer Position von Arbeitsausrüstung 2 beim Ausführen informationsbasierter Konstruktionen erforderlich ist.
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Zunächst wird bei Verarbeitung in den Schritten S1 bis S6 ein Kalibrierungswert für einen Anbringungsfehler der inertialen Mess-Einheit 30 berechnet, die an Umdrehungs-Einheit 3 von Hydraulikbagger 100 angebracht ist, um eine Neigung von Umdrehungs-Einheit 3 in Bezug auf eine horizontale Ebene exakt zu erkennen. In Schritt S1 wird eine Bahn TR einer beliebigen Position an einer Fahrzeugkarosserie bei Umdrehung von Umdrehungs-Einheit 3 gemessen.
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5 ist eine schematische Draufsicht, die Umdrehung von Umdrehungs-Einheit 3 darstellt. Umdrehungs-Einheit 3 dreht sich, wie oben beschrieben, in Bezug auf Fahr-Einheit 5 beim Empfangen der von dem Umdrehungs-Motor erzeugten Antriebskraft. Hydraulikbagger 100 ist geeignet für Anhebe-Umdrehung, das heißt Umdrehung von Umdrehungs-Einheit 3, bei der Ausleger 6 angehoben wird, sowie für Absenk-Umdrehung, das heißt Umdrehung von Umdrehungs-Einheit 3, bei der Ausleger 6 abgesenkt wird. Bei in 5 gezeigter Umdrehung wird jedoch eine Position von Arbeitsausrüstung 2 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 konstant gehalten. Fahr-Einheit 5, die ein ruhender Abschnitt ist, ist als ein Trägerabschnitt definiert, und Umdrehungs-Einheit 3 sowie Arbeitsausrüstung 2, die einen Drehvorgang relativ zu dem Trägerabschnitt durchführen, sind als ein beweglicher Abschnitt definiert.
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Zielabschnitt 40 wird an einer beliebigen Position von Arbeitsausrüstung 2 oder Umdrehungs-Einheit 3 angebracht. Zielabschnitt 40 ist beispielsweise an einem vorderen Ende von Ausleger 6 angebracht, üblicherweise an einer Position von Stielbolzen 14. Umdrehungs-Einheit 3 dreht sich in diesem Zustand in Bezug auf Fahr-Einheit 5. Während Fahr-Einheit 5 als ein ruhender Trägerabschnitt definiert ist, dreht sich Umdrehungs-Einheit 3 als der bewegliche Abschnitt. Üblicherweise führt Umdrehungs-Einheit 3 Umdrehung um 180° in Bezug auf Fahr-Einheit 5 aus. Einheit 50 für Messung einer Position misst eine Position von Zielabschnitt 40, der sich mit Drehung von Arbeitsausrüstung 2 und Umdrehungs-Einheit 3 relativ zu Fahr-Einheit 5 bewegt. Einheit 50 für Messung einer Position ermittelt kontinuierlich dreidimensionale Positionen von Zielabschnitt 40 und gibt Informationen über dreidimensionale Positionen (ein Positions-Signal) von Zielabschnitt 40 an Eingabe-Einheit 61 von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen aus. Einheit 62 zum Herleiten einer Umdrehungs-Ebene ermittelt eine Bahn von Zielabschnitt 40 auf Basis kontinuierlich erfasster dreidimensionaler Positionen von Zielabschnitt 40, die als Bahn TR definiert ist.
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In Schritt S2 leitet Einheit 62 zum Herleiten einer Umdrehungs-Ebene eine Gleichung einer Umdrehungs-Ebene PR anhand der in Schritt S1 ermittelten Bahn TR mittels der Methode der kleinsten Quadrate her. Umdrehungs-Ebene PR wird durch Neigen einer Ebene ermittelt und so eine Ebene mit der geringsten Abweichung von einer Punktgruppe auf Bahn TR von Zielabschnitt 40 ermittelt.
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Ein Verfahren zum Herleiten einer Gleichung einer Ebene anhand kontinuierlich ermittelter dreidimensionaler Positionen von Zielabschnitt 40 mittels der Methode der kleinsten Quadrate wird beispielsweise auf einer im Folgenden angeführten Website erläutert: „SOL Corporation, mail magazine ‚Shitte Tokusuru Kanshoukei Sokutei Gijutsu (Learn Interferometry Technique to Your Advantage)!,‘ February 10, 2009, Vol. 001,“ [Searched on October 27, 2020], the Internet <URL: https://www. sol -j .co.jp/mailmag/d-0001 .html>.
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In Schritt S3 berechnet Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU einen Neigungswinkel AID von Umdrehungs-Ebene PR in Bezug auf die horizontale Ebene auf Basis der in Schritt S2 ermittelten Gleichung von Umdrehungs-Ebene PR.
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6 ist eine schematische Seitenansicht, die Neigungswinkel AID von Umdrehungs-Ebene PR in Bezug auf eine horizontale Ebene H sowie einen Anbringungsfehler β der inertialen Mess-Einheit 30 darstellt. Zielabschnitt 40 ist an der Position von Stielbolzen 14 an dem vorderen Ende von Ausleger 6 angebracht. Die inertiale Mess-Einheit 30 gibt Stellungs-Informationen (ein Winkel-Signal) von Hauptkörper 1 von Hydraulikbagger 10 aus, wobei ein Ursprung OP eines Koordinatensystems eines enthaltenen Sensors als ein Bezugspunkt definiert ist. Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU leitet Umdrehungs-Ebene PR anhand von Bahn TR von Zielabschnitt 40 bei Drehung von Umdrehungs-Einheit 3 in Bezug auf Fahr-Einheit 5 mittels der Methode der kleinsten Quadrate her. Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU berechnet Neigungswinkel AID von Umdrehungs-Ebene PR in Bezug auf die horizontale Ebene H.
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In Schritt S4 werden Informationen über ein Ergebnis von Messung durch die inertiale Mess-Einheit 30 (ein IMU-Ausgangs-Signal), die an Hydraulikbagger 100 installiert ist, an Eingabe-Einheit 61 von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen bereitgestellt. Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU erfasst eine Stellung der Fahrzeugkarosserie , d. h. einen Neigungswinkel Al von Hauptkörper 1 von Hydraulikbagger 100 in Bezug auf die horizontale Ebene H auf Basis der Ausgabe von der inertialen Mess-Einheit 30.
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In Schritt S5 vergleicht Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU den in Schritt S3 berechneten Neigungswinkel AID von Umdrehungs-Ebene PR mit dem in Schritt S4 erfassten Neigungswinkel Al von Hauptkörper 1 von Hydraulikbagger 100. Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU stellt fest, ob Neigungswinkel AID und Neigungswinkel AI ungleich sind, d. h. ob Neigungswinkel AI von Neigungswinkel AID abweicht.
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Wenn festgestellt wird, dass Neigungswinkel AID und Neigungswinkel AI ungleich sind (JA in Schritt S5), geht der Prozess zu Schritt S6 über, und Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU kalibriert einen Ausrichtungsfehler (Anbringungsfehler) der inertialen Mess-Einheit 30 auf Basis der Differenz zwischen Neigungswinkel AID und Neigungswinkel Al. Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU berechnet, wie in 6 gezeigt, den Anbringungsfehler β der IMU als die Differenz zwischen Neigungswinkel AID von Umdrehungs-Ebene PR und Neigungswinkel Al, der ein von der inertialen Mess-Einheit 30 erkannter Winkel ist. Das heißt, Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU berechnet den Anbringungsfehler β der IMU wie im Folgenden dargelegt.
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Es wird davon ausgegangen, dass die Gleichung von Umdrehungs-Ebene PR in Schritt S2 mit z = a + bx + cy ermittelt wird, wobei z eine Höhe repräsentiert und x und y die Längs- bzw. Querrichtung der Ebene repräsentieren. In diesem Fall wird ein Normalvektor von Umdrehungs-Ebene PR, der eine Neigung von Umdrehungs-Ebene PR anzeigt, mit (b, c, 1) ausgedrückt. Wenn ein Winkelvektor von Neigungswinkel AI der Fahrzeugkarosserie, der von der inertialen Mess-Einheit 30 gemessen wird mit (A, B, C) ausgedrückt wird, wird ein Differenzvektor zwischen Neigungswinkel AEO von Umdrehungs-Ebene PR und Neigungswinkel AI der Fahrzeugkarosserie mit (A-b, B-c, C-I) ausgedrückt. Dieser Differenzvektor entspricht Anbringungsfehler β der IMU.
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Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU ermittelt die Differenz zwischen Neigungswinkel AEO von Umdrehungs-Ebene PR und Neigungswinkel Al, der der von der inertialen Mess-Einheit 30 erkannte Winkel ist. Einheit 63 zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU ermittelt auf Basis dieser Differenz einen Kalibrierungswert für den von der inertialen Mess-Einheit 30 erfassten Neigungswinkel Al. Ausgabe-Einheit 67 gibt diese Kalibrierungswert-Informationen (ein Kalibrierungswert-Signal) an die an Hydraulikbagger 100 installierte Steuerungseinrichtung 26 aus. Wenn bei Feststellung in Schritt S5 festgestellt wird, dass Neigungswinkel AID und Neigungswinkel AI einander gleich sind (NEIN in Schritt S5), ist Kalibrierung des von der inertialen Mess-Einheit 30 erfassten Neigungswinkels AI nicht erforderlich, so dass der Prozess direkt zu Schritt S7 weitergeht und Verarbeitung in Schritt S6 übersprungen wird.
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Dann wird bei Verarbeitung in den Schritten S7 bis S8 eine Ebene ermittelt, in der sich Arbeitsausrüstung 2 bewegt, um Positionsverschiebung von Schneidkante 8a in der Querrichtung genau zu erkennen. In Schritt S7 misst Einheit 64 zum Herleiten einer Arbeitsebene der Arbeitsausrüstung eine Bahn TB von Stielbolzen 14 an dem vorderen Ende von Ausleger 6, wenn nur Ausleger 6 von Arbeitsausrüstung 2 betätigt wird.
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7 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion von Ausleger 6 beim Herleiten von Arbeitsebene PI der Arbeitsausrüstung (siehe 5) darstellt. Zielabschnitt 40 ist an der Position von Stielbolzen 14 an dem vorderen Ende von Ausleger 6 angebracht. In diesem Zustand dreht sich Ausleger 6 in Bezug auf Umdrehungs-Einheit 3. Während Hauptkörper 1 von Hydraulikbagger 100 als der Trägerabschnitt definiert ist, wird Ausleger 6 als der bewegliche Abschnitt geschwenkt. Üblicherweise wird Ausleger 6 von einer nach oben geschwenkten Position, an der sich Auslegerzylinder 10 an einem Hubende an der Einfahr-Seite befindet, an eine Position unmittelbar vor Kontakt von Arbeitsausrüstung 2 mit dem Boden nach unten geschwenkt. Zu diesem Zeitpunkt werden Positionen von Stiel 7 und Löffel 8 relativ zu Ausleger 6 konstant gehalten.
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Zu diesem Zeitpunkt kann sich Stielzylinder 11 an einem Hubende an der Ausfahr-Seite befinden, so dass sich Stiel 7 an einer Grenzposition befinden kann, an die sich der Stiel 7 in einer Aushub-Richtung (eine Richtung, in der sich der Stiel 7 Ausleger 6 nähert, eine Richtung im Uhrzeigersinn um Stielbolzen 14 in 7 herum) bewegen kann. Löffelzylinder 12 kann sich an einem Hubende an der Ausfahr-Seite befinden, so dass sich Löffel 7 an einer Grenzposition befinden kann, an die sich Löffel 8in der Aushub-Richtung (eine Richtung, in der sich Löffel 8 Stiel 7 nähert, eine Richtung im Uhrzeigersinn um Löffelbolzen 15 in 7 herum) bewegen kann. Wenn die Positionen von Stiel 7 und Löffel 8 so eingestellt werden, befindet sich Arbeitsausrüstung 2 in der am weitesten eingeklappten Position, wie sie in 7 dargestellt ist, so dass eine Strecke zum Schwenken von Ausleger 6 nach unten länger ist.
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Einheit 50 für Messung einer Position misst eine Position von Zielabschnitt 40, der sich mit Drehung von Ausleger 6 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 bewegt. Einheit 50 für Messung einer Position ermittelt kontinuierlich dreidimensionale Positionen von Zielabschnitt 40 und gibt Informationen über ermittelte dreidimensionale Positionen von Zielabschnitt 40 (ein Positions-Signal) an Eingabe-Einheit 61 von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen aus.
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Einheit 64 zum Herleiten einer Arbeitsebene der Arbeitsausrüstung ermittelt eine Bahn von Zielabschnitt 40 auf Basis der kontinuierlich ermittelten dreidimensionalen Positionen von Zielabschnitt 40, die als Bahn TB definiert ist.
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In Schritt S8 leitet Einheit 64 zum Herleiten einer Arbeitsebene der Arbeitsausrüstung eine Gleichung einer Arbeitsebene PI der Arbeitsausrüstung anhand der in Schritt S7 ermittelten Bahn TB mittels der Methode der kleinsten Quadrate her. Die Gleichung von Arbeitsebene PI der Arbeitsausrüstung lässt sich ähnlich wie die Gleichung von Umdrehungs-Ebene PR in Schritt S2 herleiten.
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Ausgabe-Einheit 67 gibt Informationen über die ermittelte Gleichung (ein Gleichungs-Signal) von Arbeitsebene PI der Arbeitsausrüstung an die an Hydraulikbagger 100 installierte Steuerungseinrichtung 26 aus.
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Dann werden bei Verarbeitung in den Schritten S9 bis S18 exakte Abmessungen von Ausleger 6, Stiel 7 sowie Löffel 8 ermittelt. In Schritt S9 misst Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius eine Bahn TBk von Schneidkante 8a von Löffel 8 zu dem Zeitpunkt, zu dem nur Löffel 8 von Arbeitsausrüstung 2 betätigt wird.
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8 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion von Löffel 8 beim Herleiten einer Abmessung von Löffel 8 darstellt. Zielabschnitt 40 ist an einer Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 angebracht. In diesem Zustand dreht sich Löffel 8 in Bezug auf Stiel 7 um Löffelbolzen 15 herum. Während Hauptkörper 1, Ausleger 6 und Stiel 7 als der Trägerabschnitt definiert sind, wird Löffel 8 als der bewegliche Abschnitt geschwenkt. Löffel 8 kann sich, wie in 8 dargestellt, in einer Richtung zum Auskippen (eine Richtung, in der sich Löffel 8 von der Fahrzeugkarosserie weg bewegt, Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn um Löffelbolzen 15 in 8 herum) bewegen. Dabei verbleiben Ausleger 6 und Stiel 7 in Ruhe.
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Einheit 50 für Messung einer Position misst die Position von Zielabschnitt 40, der sich mit Drehung von Löffel 8 relativ zu Stiel 7 bewegt. Einheit 50 für Messung einer Position ermittelt kontinuierlich dreidimensionale Positionen von Zielabschnitt 40 und gibt Informationen über ermittelte dreidimensionale Positionen (ein Positions-Signal) von Zielabschnitt 40 an Eingabe-Einheit 61 von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen aus.
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Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius ermittelt eine Bahn von Zielabschnitt 40 auf Basis der kontinuierlich erfassten dreidimensionalen Positionen von Zielabschnitt 40, die als Bahn TBk definiert ist.
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In Schritt S10 berechnet Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius eine Koordinate von Löffelbolzen 15 sowie einen Abstand zwischen Löffelbolzen 15 und Schneidkante 8a von Löffel 8, an der Zielabschnitt 40 angebracht ist, auf Basis der in Schritt S9 mittels der Methode der kleinsten Quadrate ermittelten Bahn TBk. Eine Berechnung zum Minimieren einer radialen Abweichung von einer Punktgruppe auf Bahn TBk von Zielabschnitt 40, der sich um Löffelbolzen 15 herum dreht, gegenüber einem vorläufig bestimmten Mittelpunkt eines Kreisbogens wird durchgeführt, und der berechnete Mittelpunkt wird als die Koordinate von Löffelbolzen 15 übernommen.
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Das Verfahren zum Herleiten einer Koordinate eines Drehungs-Mittelpunktes und eines Drehungs-Radius anhand einer dreidimensionalen Position von Zielabschnitt 40, der sich drehend um Löffelbolzen 15 herum bewegt, mittels der Methode der kleinsten Quadrate wird beispielsweise auf einer im Folgenden aufgeführten Website erläutert: "Saishou Nijou Hou ni yoru Kyu no Suitei (Estimation of Sphere by Least Squares Method)," [Gesucht am 27. Oktober 2020], das Internet <URL: https://qiita.com/yujikaneko/items/955b4474772802b055bc>.
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In Schritt S11 erzeugt Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung einen Vektor Vb zwischen Löffelbolzen 15 und Schneidkante 8a von Löffel 8. Vektor Vb ist, wie in 8 dargestellt, bei Sicht auf Arbeitsausrüstung 2 von einer Seite, ein Vektor mit einem Anfangspunkt, der durch Löffelbolzen 15 definiert ist, und einem Endpunkt, der durch Schneidkante 8a von Löffel 8 definiert ist.
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In Schritt S12 misst Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius eine Bahn TA Schneidkante 8a von Löffel 8 zu dem Zeitpunkt, zu dem Stiel 7 von Arbeitsausrüstung 2 betätigt wird.
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9 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion von Stiel 7 beim Herleiten einer Abmessung von Stiel 7 darstellt. Zielabschnitt 40 ist an der Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 angebracht In diesem Zustand drehen sich Stiel 7 und Löffel 8 in Bezug auf Ausleger 6 um Stielbolzen 14 herum. Während Hauptkörper 1 und Ausleger 6 als der Trägerabschnitt definiert sind, wird Stiel 7 als der bewegliche Abschnitt geschwenkt. Wie in 9 gezeigt, kann sich Stiel 7 in der Richtung zum Auskippen (eine Richtung, in der sich Stiel 7 von der Fahrzeugkarosserie wegbewegt, in 9 die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn um Stielbolzen 14 herum) bewegen. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Position von Löffel 8 relativ zu Stiel 7 konstant gehalten. Löffelzylinder 12 kann sich an den Hubende der Ausfahr- oder der Einfahr-Seite befinden. Ausleger 6 verbleibt in Ruhe.
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Einheit 50 für Messung einer Position misst eine Position von Zielabschnitt 40, der sich mit Drehung von Stiel 7 und Löffel 8 relativ zu Ausleger 6 bewegt. Einheit 50 für Messung einer Position erfasst kontinuierlich dreidimensionale Positionen von Zielabschnitt 40 und gibt Informationen über ermittelte dreidimensionale Positionen (ein Positions-Signal) von Zielabschnitt 40 an Eingabe-Einheit 61 von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen aus.
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Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius ermittelt eine Bahn von Zielabschnitt 40 auf Basis der kontinuierlich ermittelten dreidimensionalen Positionen von Zielabschnitt 40, die als Bahn TA definiert ist.
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In Schritt S13 berechnet Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius eine Koordinate von Stielbolzen 14 sowie einen Abstand zwischen Stielbolzen 14 und Schneidkante 8a von Löffel 8 auf Basis der in Schritt S12 mittels der Methode der kleinsten Quadrate ermittelten Bahn TA. Diese Berechnung kann auf ähnliche Weise wie Herleitung der Koordinate des Drehungs-Mittelpunktes und des Drehungs-Radius in Schritt S10 durchgeführt werden.
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In Schritt S14 erzeugt Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung einen Vektor Va` zwischen Stielbolzen 14 und Schneidkante 8a von Löffel 8. Vektor Va` ist, wie in 9 dargestellt, bei Sicht auf Arbeitsausrüstung 2 von der Seite, ein Vektor mit einem Anfangspunkt, der durch Stielbolzen 14 definiert ist, und einem Endpunkt, der durch Schneidkante 8a von Löffel 8 definiert ist.
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In Schritt S15 misst Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius eine Bahn VB von Schneidkante 8a von Löffel 8 zu dem Zeitpunkt, zu dem Ausleger 6 von Arbeitsausrüstung 2 betätigt wird.
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10 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Funktion von Ausleger 6 beim Herleiten einer Abmessung von Ausleger 6 darstellt. Zielabschnitt 40 ist an der Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 angebracht. In diesem Zustand drehen sich Ausleger 6, Stiel 7 und Löffel 8 in Bezug auf Umdrehungs-Einheit 3 um Auslegerbolzen 13 herum. Während Hauptkörper 1 als der Trägerabschnitt definiert ist, wird Ausleger 6 als der bewegliche Abschnitt geschwenkt. Ausleger 6 kann sich, wie in 10 gezeigt, in einer Richtung bewegen, in der er angehoben wird (Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn um Auslegerbolzen 13 in 10 herum. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Position von Löffel 8 relativ zu Stiel 7 konstant gehalten. Löffelzylinder 12 kann sich an den Hubende der Ausfahr- oder der Einfahr-Seite befinden. Eine Position von Stiel 7 relativ zu Ausleger 6 wird konstant gehalten. Stielzylinder 11 kann sich an dem Hubende der Ausfahr- oder der Einfahr-Seite befinden.
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Einheit 50 für Messung einer Position misst eine Position von Zielabschnitt 40, der sich mit Drehung von Ausleger 6, Stiel 7 und Löffel 8 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 bewegt. Einheit 50 für Messung einer Position ermittelt kontinuierlich dreidimensionale Positionen von Zielabschnitt 40 und gibt Informationen über ermittelte dreidimensionale Positionen (ein Positions-Signal) von Zielabschnitt 40 an Eingabe-Einheit 61 von Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen aus. Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius ermittelt eine Bahn von Zielabschnitt 40 auf Basis der kontinuierlich ermittelten dreidimensionalen Positionen von Zielabschnitt 40, die als Bahn VB definiert ist.
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In Schritt S16 berechnet Einheit 65 zum Berechnen eines Drehungs-Radius eine Koordinate von Auslegerbolzen 13 sowie einen Abstand zwischen Auslegerbolzen 13 und Schneidkante 8a von Löffel 8 auf Basis der in Schritt S15 mittels der Methode der kleinsten Quadrate ermittelten Bahn VB. Diese Berechnung kann auf ähnliche Weise wie Herleitung der Koordinate des Drehungs-Mittelpunktes und des Drehungs-Radius in Schritt S10 durchgeführt werden.
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In Schritt S17 erzeugt Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung einen Vektor Vs` zwischen Auslegerbolzen 13 und Schneidkante 8a von Löffel 8. Vektor Vs` ist, wie in 10 dargestellt, bei Sicht auf Arbeitsausrüstung 2 von der Seite, ein Vektor mit einem Anfangspunkt, der durch Ausleger bolzen 13 definiert ist, und einem Endpunkt, der durch Schneidkante 8a von Löffel 8 definiert ist. In Schritt S18 ermittelt Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung den Betrag von Vektor Vb, der als der Abstand zwischen Schneidkante 8a von Löffel 8 und Löffelbolzen 15, das heißt die Abmessung von Löffel 8, definiert ist. Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung ermittelt den Betrag eines Vektors Va (9), der eine durch Subtrahieren von Vektor Vb von Vektor Va' berechnete Differenz ist und als der Abstand zwischen Stielbolzen 14 und Löffelbolzen 15, das heißt die Abmessung von Stiel 7, definiert ist. Einheit 66 für Vektor-Verarbeitung ermittelt den Betrag eines Vektors Vs (10), der durch Subtrahieren der Summe von Vektor Va und Vektor Vb von Vektor Vs' berechnet wird und als der Abstand zwischen Auslegerbolzen 13 und Stielbolzen 14, das heißt die Abmessung von Ausleger 6, definiert ist.
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Ausgabe-Einheit 67 gibt Informationen über die ermittelten Abmessungen (ein Abmessungs-Signal) von Ausleger 6, Stiel 7 und Löffel 8 an die an Hydraulikbagger 100 installierte Steuerungseinrichtung 26 aus.
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Damit endet eine Reihe von Verarbeitungsvorgängen zum Ermitteln dreidimensionaler Informationen über Hydraulikbagger 100 (ENDE in 4).
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Charakteristische Merkmale und Funktionen sowie Effekte der vorliegenden Ausführungsform werden im Folgenden zusammengefasst, wobei sich Beschreibung derselben möglicherweise mit der oben stehenden Beschreibung überschneidet.
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Einheit 50 für Messung einer Position misst, wie in 2 dargestellt, eine Position von Zielabschnitt 40. Beispielsweise ist, wie in 6 und 7 dargestellt, Zielabschnitt 40 an dem vorderen Ende von Ausleger 6 angebracht und bewegt sich mit Bewegung von Umdrehungs-Einheit 3 relativ zu Fahr-Einheit 5 oder mit Bewegung von Ausleger 6 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3.
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Als Alternative dazu ist, wie in 8 bis10 dargestellt, beispielsweise Zielabschnitt 40 an Schneidkante 8a von Löffel 8 angebracht und bewegt sich mit Bewegung von Löffel 8 relativ zu Stiel 7 (8), mit Bewegung von Stiel 7 relativ zu Ausleger 6 (9) oder mit Bewegung von Ausleger 6 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 (10).
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Einheit 50 für Messung einer Position misst Positionen des sich bewegenden Zielabschnitts 40. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 3 und 4 dargestellt, dreidimensionale Informationen über Hydraulikbagger 100, beispielsweise eine Abmessung von Arbeitsausrüstung 2 von Hydraulikbagger 100, eine Ebene, die durch eine Bahn von Arbeitsausrüstung 2 beschrieben wird, die sich relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 dreht, sowie eine Ebene, die durch eine Bahn von Umdrehungs-Einheit 3 beschrieben wird, die sich relativ zu Fahr-Einheit 5 dreht, auf Basis einer Bahn von Zielabschnitt 40, die mittels Messung ermittelt wird. Da ein Messobjekt nicht an einer Position jedes Bolzens angebracht werden muss, um die Abmessung von Arbeitsausrüstung 2 zu berechnen, und die Position jedes Bolzens nicht direkt gemessen werden muss, können Informationen mittels vereinfachter Arbeitsvorgänge innerhalb eines kurzen Zeitraums genauer ermittelt werden. Da die Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 auf Basis dieser Informationen genau hergeleitet werden kann, kann Genauigkeit bei Berechnung der Position von Arbeitsausrüstung 2 bei informationsbasierten Konstruktionen verbessert werden.
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Umdrehungs-Einheit 3 kann, wie in 5 gezeigt, relativ zu Fahr-Einheit 5 gedreht werden. Ausleger 6 kann, wie in 7 und 10 dargestellt, relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 gedreht werden. Stiel 7 kann, wie in 9 dargestellt, relativ zu Ausleger 6 gedreht werden. Löffel 8 kann, wie in 8 dargestellt, relativ zu Stiel 7 gedreht werden. Durch Anbringen von Zielabschnitt 40 an einem rotierenden mechanischen Bauteil und Messen der Position von Zielabschnitt 40, der sich in Bogenform bewegt, kann eine bogenförmige Bahn von Zielabschnitt 40 gemessen werden. Die dreidimensionalen Informationen über Hydraulikbagger 100 können auf Basis der bogenförmigen Bahn von Zielabschnitt 40 ermittelt werden.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt eine Mittelposition von Drehung des rotierenden mechanischen Bauteils. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen kann die Abmessungen des mechanischen Bauteils auf Basis von Informationen über die ermittelte Mittelposition von Drehung bestimmen.
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Löffel 8 dreht sich, wie in 4 und 8 dargestellt, relativ zu Stiel 7, und die Mittelposition von Drehung von Löffel 8 entspricht der Position von Löffelbolzen 15. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt den Abstand zwischen Löffelbolzen 15 und Zielabschnitt 40. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen kann die Abmessung von Löffel 8 auf Basis der Informationen über den ermittelten Abstand bestimmen.
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Stiel 7 ist, wie in 1 gezeigt, mit Ausleger 6 verbunden, wobei Stielbolzen14 dazwischen angeordnet ist. Arbeitsausrüstung 2 enthält einen Verbindungsmechanismus, über den Ausleger 6 und Stiel 7 miteinander verbunden sind, wobei Stielbolzen 14 zwischen ihnen angeordnet ist, und Stiel 7 und Löffel 8 sind miteinander verbunden, wobei Löffelbolzen 15 zwischen ihnen angeordnet ist. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 4 und 10 dargestellt, einen Abstand zwischen Auslegerbolzen 13, der die Mittelposition von Drehung von Ausleger 6 ist, der sich in Bezug auf Umdrehungs-Einheit 3 dreht, und Stielbolzen 14, der Ausleger 6 und Stiel 7 miteinander verbindet. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen kann die Abmessung von Löffel 6 auf Basis der Informationen über den ermittelten Abstand bestimmen. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 4 und 9 dargestellt, einen Abstand zwischen Stielbolzen 14, der Ausleger 6 und Stiel 7 miteinander verbindet, und Löffelbolzen 15, der Stiel 7 und Löffel 8 miteinander verbindet. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen kann die Abmessung von Löffel 7 auf Basis von Informationen über den ermittelten Abstand bestimmen.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 4 und 7 dargestellt, Informationen über Arbeitsebene PI der Arbeitsausrüstung, die durch Drehung von Ausleger 6 relativ zu Umdrehungs-Einheit 3 definiert ist. Da Positionsverschiebung von Schneidkante 8a in der Querrichtung auf Basis der ermittelten Informationen über Arbeitsebene PI der Arbeitsausrüstung genau erkannt werden kann, kann Genauigkeit bei Berechnung der Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 bei informationsbasierten Konstruktionen verbessert werden.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 4 und 6 dargestellt, Informationen über Umdrehungs-Ebene PR, die durch Drehung von Umdrehungs-Einheit 3 relativ zu Fahr-Einheit 5 definiert ist. Ein Neigungswinkel des Bodens, auf dem sich Hydraulikbagger 100 befindet, kann auf Basis der ermittelten Informationen über Umdrehungs-Ebene PR genau ermittelt werden.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 4 und 6 dargestellt, Neigungswinkel AID von Umdrehungs-Ebene PR in Bezug auf die horizontale Ebene H. Der Neigungswinkel des Bodens, auf dem sich Hydraulikbagger 100 befindet, kann auf Basis von Informationen über den ermittelten Neigungswinkel ADD genau bestimmt werden. Hydraulikbagger 100 enthält, wie in 3 gezeigt, die inertiale Mess-Einheit 30. Die inertiale Mess-Einheit 30 erfasst Neigungswinkel AI, der den Neigungswinkel des Bodens angibt, auf dem sich Hydraulikbagger 100 befindet. Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt Anbringungsfehler β der IMU, der die Differenz zwischen Neigungswinkel Al und Neigungswinkel ADD ist. Wie stark ein Ergebnis von Erfassung durch die inertiale Mess-Einheit 30 von Neigungswinkel AID des Bodens, auf dem sich Hydraulikbagger 100 befindet, abweicht, kann auf Basis von Informationen über den ermittelten Anbringungsfehler β der IMU erkannt werden.
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Einheit 60 zum Ermitteln von Informationen ermittelt, wie in 4 und 6 dargestellt, einen Kalibrierungswert für den von der inertialen Mess-Einheit 30 erfassten Neigungswinkel Al auf Basis von Anbringungsfehler β der IMU. Indem das Ergebnis von Erfassung durch die inertiale Mess-Einheit 30 entsprechend dem ermittelten Kalibrierungswert kalibriert wird, kann bei Konstruktionen der Neigungswinkel des Bodens, auf dem sich Hydraulikbagger 100 befindet, auf Basis des Ergebnisses von Erfassung durch die inertiale Mess-Einheit 30 genau erkannt werden. So kann Genauigkeit von Berechnung der Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 Bei informationsbasierten Konstruktionen verbessert werden.
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Zielabschnitt 40 ist, wie in 2 sowie 6 bis 10 dargestellt, an einem Teil von Arbeitsausrüstung 2 angebracht. Da nicht mehrere Messobjekte angebracht werden müssen, um dreidimensionale Informationen über Hydraulikbagger 100 zu ermitteln, können Arbeitsvorgänge vereinfacht werden und kann Genauigkeit ermittelter Informationen verbessert werden.
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Ein Verfahren zum Ermitteln von Informationen, mit dem dreidimensionale Informationen über Hydraulikbagger 100 erfasst werden, schließt, wie in 4 gezeigt, beispielsweise Schritt S9, bei dem Löffel 8 relativ zu Stiel 7 bewegt wird und Positionen von Zielabschnitt 40, der sich mit dieser Bewegung von Löffel 8 bewegt, kontinuierlich gemessen werden, sowie Schritt S10 ein, bei dem eine Koordinate von Löffelbolzen 15 und ein Abstand zwischen Löffelbolzen 15 und Schneidkante 8a von Löffel 8 auf Basis der mittels Messung ermittelten Bahn TBk von Zielabschnitt 40 ermittelt werden.
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Dreidimensionale Informationen über Hydraulikbagger 100 können über vereinfachte Arbeitsvorgänge innerhalb eines kurzen Zeitraums genauer ermittelt werden, und die Position von Schneidkante 8a von Löffel 8 kann anhand dieser Informationen genau hergeleitet werden. Dadurch kann Genauigkeit bei Berechnung der Position von Arbeitsausrüstung 2 bei informationsbasierten Konstruktionen verbessert werden.
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Die oben dargestellte Ausführungsform bezieht sich auf Hydraulikbagger 100 als Beispiel für die Arbeitsmaschine. Ohne auf den Hydraulikbagger 100 beschränkt zu sein, können auch andere Typen von Arbeitsmaschinen, wie z. B. ein Ladebagger, ein mechanischer Seilbagger, ein Elektrobagger und ein Schaufelkran, eingesetzt werden.
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Es sollte klar sein, dass die hier offenbarte Ausführungsform in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend ist. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorgaben der Ansprüche und nicht durch die oben stehende Beschreibung definiert und soll jegliche Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs und der Bedeutung äquivalent zu den Vorgaben der Ansprüche einschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptkörper;
- 2
- Arbeitsausrüstung;
- 3
- Umdrehungs-Einheit;
- 5
- Fahr-Einheit;
- 6
- Ausleger;
- 7
- Stiel;
- 8
- Löffel; 8a Schneidkante;
- 10
- Auslegerzylinder;
- 11
- Stielzylinder;
- 12
- Löffelzylinder;
- 13
- Ausleger-Fußbolzen;
- 14
- Stiel-Koppelbolzen;
- 15
- Löffel-Koppelbolzen;
- 26
- Steuerungseinrichtung;
- 30
- inertiale Mess-Einheit;
- 40
- Zielabschnitt;
- 50
- Einheit für Messung einer Position;
- 60
- Einheit zum Ermitteln von Informationen;
- 61
- Eingabe-Einheit;
- 62
- Einheit zum Herleiten einer Umdrehungs-Ebene;
- 63
- Einheit zum Berechnen eines Ausrichtungsfehlers einer an dem Fahrzeug installierten IMU;
- 64
- Einheit zum Herleiten einer Arbeitsebene der Arbeitsausrüstung;
- 65
- Einheit zum Berechnen eines Drehungs-Radius;
- 66
- Einheit für Vektor-Verarbeitung;
- 67
- Ausgabe-Einheit;
- 100
- Hydraulikbagger;
- Al,
- AID-Neigungswinkel;
- H
- horizontale Ebene;
- L
- Laserstrahl;
- OP
- Ursprung;
- Pl
- Arbeitsebene der Arbeitsausrüstung;
- PR
- Umdrehungs-Ebene;
- RX
- -Umdrehungs-Achse;
- TA, TBk, TR, VB
- Bahn;
- Va, Vb, Vs
- Vektor
