DE112022000038T5

DE112022000038T5 - Verfahren zur Schätzung eines Moments eines Arbeitsgerätes

Info

Publication number: DE112022000038T5
Application number: DE112022000038.4T
Authority: DE
Inventors: Kensuke Fujii; Toshiaki Kumagai; Motoki Koyama
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2023-01-19
Also published as: JP7491858B2; US20230212839A1; CN115698436A; JP2022128084A; KR20230002980A; WO2022176515A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung misst ein Moment einer Arbeitsmaschine seht genau. Die Arbeitsmaschine wird in eine erste Stellung gebracht. Es wird ein erster Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der in der ersten Stellung auf der Arbeitsmaschine geladenen Lasten darstellt. Das Arbeitsgerät wird in eine zweite Stellung gebracht. Das Verhältniszwischen einem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts eines ersten Verbindungselements zu einem Basisende des ersten Verbindungselements und einem horizontalen Abstand von einer Position des Schwerpunkts der auf dem Arbeitsgerät geladenen Lasten zu dem Basisende ist in der ersten Stellung und der zweiten Stellung gleich. Es wird ein zweiter Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der zweiten Stellung geladenen Lasten darstellt. Der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert werden miteinander verglichen. Wenn der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen dem ersten Nutzlastberechnungswert und dem zweiten Nutzlastberechnungswert als voneinander verschieden bestimmt werden, wird das Gewicht des zweiten Verbindungselements geändert und die obige Verarbeitung wird wiederholt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung eines Moments eines Arbeitsgerätes in einem Arbeitsfahrzeug.
Stand der Technik
Das Gewicht der auf einem Arbeitsgerät geladenen Lasten ist wichtig, um die Arbeitslast einer Arbeitsmaschine zu kennen. Das japanische Patent Nr. 60-102436 (PTL 1) offenbart ein Verfahren zur Berechnung des Gewichts von Lasten auf der Grundlage einer Moment-Gleichung, wobei der Drehpunkt eines Auslegers als Mittelpunkt definiert ist.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 60-102436
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn die Sollwerte des Gewichts und die Position des Schwerpunkts jedes Verbindungselements in einem Arbeitsgerät unbekannt sind, ist auch die tatsächliche Messung schwierig. Daher ist es nicht möglich, die Genauigkeit bei der Berechnung eines Lastgewichts zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Technik zur genaueren Berechnung des Gewichts einer Last vorgeschlagen.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Schätzung eines Moments eines Arbeitsgerätes in einer Arbeitsmaschine vorgeschlagen. Die Arbeitsmaschine umfasst eine Fahrzeugkarosserie und ein relativ zur Fahrzeugkarosserie bewegliches Arbeitsgerät. Das Arbeitsgerät umfasst ein erstes Verbindungselement, das an der Fahrzeugkarosserie über eine Drehpunktwelle gelagert ist, und ein zweites Verbindungselement, das an einem vorderen Ende des ersten Verbindungselements befestigt ist. Das Moment des Arbeitsgerätes ist jenes Moment des Arbeitsgerätes, bei dem die Drehpunktwelle als Gleichgewichtsmittelpunkt definiert ist. Das Verfahren umfasst die nachstehenden Schritte. In einem ersten Schritt wird das Arbeitsgerät in eine erste Stellung gebracht. In einem zweiten Schritt wird ein erster Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der ersten Stellung geladenen Lasten darstellt. In einem dritten Schritt wird das Arbeitsgerät in eine zweite Stellung gebracht. Die erste Stellung ist gleich der zweiten Stellung hinsichtlich des Verhältnisses zwischen einem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts des ersten Verbindungselements zu einem Basisende des ersten Verbindungselements und dem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts der auf dem Arbeitsgerät geladenen Lasten zu dem Basisende. In einem vierten Schritt wird ein zweiter Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der zweiten Stellung geladenen Lasten darstellt. In einem fünften werden der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert miteinander verglichen. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Wiederholens der Verarbeitung vom ersten Schritt bis zum fünften Schritt, wobei ein Gewicht des zweiten Verbindungselements geändert wird, wenn der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen dem ersten Nutzlastberechnungswert und dem zweiten Nutzlastberechnungswert als voneinander verschieden bestimmt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ein genauer Wert eines Lastgewichts durch genaue Schätzung eines Moments des Arbeitsgerätes berechnet werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konstruktion einer Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Systems der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock innerhalb einer in 2 dargestellten Steuerung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Einstellens des Gewichts eines Arbeitsgerätes auf der Grundlage der Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Diagramm, das schematisch eine Ausleger-Schwerpunktposition und eine Arm-Schwerpunktposition zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung einer Einstellung zur Anpassung der Masse des Arms.
7 ist ein Diagramm, das den Vergleich der Genauigkeit eines Berechnungswertes für die Nutzlast vor und nach der Anpassung des Gewichts des Arbeitsgerätes zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind den gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Bezeichnungen und Funktionen sind ebenfalls identisch. Daher wird die detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine andere Arbeitsmaschine als einen Hydraulikbagger anwendbar, solange die Arbeitsmaschine ein Arbeitsgerät umfasst und das Arbeitsgerät eine Vielzahl von Verbindungselementen aufweist. In der folgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „links“ und „rechts“ auf Richtungsangeben, wobei ein Bediener, der auf einem Bedienersitz 2b in einer Bedienerkabine 2a sitzt, als Referenz definiert ist.
< Konstruktion der Arbeitsmaschine>
1 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Aufbau eines Hydraulikbaggers 100 als beispielhafte Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Hydraulikbagger 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich eine Fahreinheit 1, eine Dreheinheit 2 und ein Arbeitsgerät 3. Eine Fahrzeugkarosserie der Arbeitsmaschine besteht aus der Fahreinheit 1 und der Dreheinheit 2.
Die Fahreinheit 1 umfasst ein Paar linke und rechte Raupenbandvorrichtungen 1a. Jede der beiden linken und rechten Raupenbandvorrichtungen 1a umfasst ein Raupenband. Wenn ein Paar linker und rechter Raupenbänder drehend angetrieben wird, bewegt sich der Hydraulikbagger 100.
Die Dreheinheit 2 ist in Bezug auf die Fahreinheit 1 drehbar ausgeführt. Die Dreheinheit 2 umfasst im Wesentlichen eine Fahrerkabine 2a, einen Fahrersitz 2b, einen Motorraum 2c und ein Gegengewicht 2d. Die Bedienerkabine 2a ist z. B. vorne links (an einer Fahrzeugvorderseite) der Dreheinheit 2 angeordnet. Der Fahrersitz 2b, auf dem der Fahrer Platz nimmt, befindet sich in einem Innenraum der Fahrerkabine 2a.
Der Motorraum 2c und das Gegengewicht 2d sind jeweils in einem hinteren Bereich (an einer Rückseite des Fahrzeugs) der Dreheinheit 2 in Bezug auf die Fahrerkabine 2a angeordnet. Eine Motoreinheit (ein Motor und eine Abgasbehandlungsstruktur) ist im Motorraum 2c untergebracht. Eine Motorhaube deckt die Oberseite des Motorraums 2c ab. Das Gegengewicht 2d ist im hinteren Teil des Motorraums 2c angeordnet.
Das Arbeitsgerät 3 ist schwenkbar an der Vorderseite der Dreheinheit 2, z.B. rechts von der Fahrerkabine 2a, gelagert. Das Arbeitsgerät 3 umfasst z. B. 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 drehbar mit der Dreheinheit 2 verbunden ist, wobei ein Auslegerbasisbolzen 5a dazwischen angeordnet ist. Der Auslegerbasisbolzen 5a ist eine Drehpunktwelle des Auslegers 3a. Der Arm 3b hat ein Basisende, das drehbar mit einem Spitzenende des Auslegers 3a verbunden ist, wobei ein Armverbindungsbolzen 5b dazwischen angeordnet ist. Der Löffel 3c ist schwenkbar mit einem Spitzenende des Arms 3b gekoppelt, wobei ein Befestigungsverbindungsbolzen 5c dazwischen angeordnet ist.
Der Ausleger 3a kann durch den Auslegerzylinder 4a angetrieben werden. Infolge dieses Antriebs kann der Ausleger 3a um den Auslegerbasisbolzen 5a in Bezug auf die Dreheinheit 2 in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Der Ausleger 3b kann durch den Auslegerzylinder 4b angetrieben werden. Infolge dieses Antriebs kann der Arm 3b um den Auslegerspitzenendstift 5b in Aufwärts-/Abwärtsrichtung in Bezug auf den Ausleger 3a schwenken. Der Löffel 3c kann durch den Löffelzylinder 4c angetrieben werden. Durch diesen Antrieb kann der Löffel 3c um den Befestigungsverbindungsbolzen 5c in Bezug auf den Ausleger 3b in Aufwärts-/Abwärtsrichtung schwenken. Das Arbeitsgerät 3 kann somit angetrieben werden.
Das Arbeitsgerät 3 umfasst ein Löffelgelenk 3d. Das Löffelgelenk 3d umfasst ein erstes Verbindungselement 3da und ein zweites Verbindungselement 3db. Ein Spitzenende des ersten Verbindungselements 3da und ein Spitzenende des zweiten Verbindungselements 3db sind relativ zueinander drehbar sind, wobei ein oberer Bolzen 3dc des Löffelzylinders dazwischen angeordnet ist. Der obere Bolzen des Löffelzylinders 3dc ist mit dem Kopfende des Löffelzylinders 4c verbunden. Daher sind das erste Element 3da und das zweite Element 3db mit dem Löffelzylinder 4c gekoppelt, wobei der Bolzen dazwischen angeordnet ist.
Das erste Element 3da hat ein Basisende, das drehbar mit dem Arm 3b verbunden ist, wobei ein erster Verbindungsbolzen 3dd dazwischen angeordnet ist. Das zweite Element 3db hat ein Basisende, das drehbar mit einer Halterung an der Basis des Löffels 3c verbunden ist, wobei ein zweiter Verbindungsbolzen 3de dazwischen angeordnet ist.
Ein Drucksensor 6a ist an einer Kopfseite des Auslegerzylinders 4a angebracht. Der Drucksensor 6a kann einen Druck (einen Kopfdruck) des Hydrauliköls in einer zylinderkopfseitigen Ölkammer 40A des Auslegerzylinders 4a erfassen. Ein Drucksensor 6b ist an einer Unterseite des Auslegerzylinders 4a angebracht. Der Drucksensor 6b kann einen Druck (einen Bodendruck) des Hydrauliköls in einer zylinderbodenseitigen Ölkammer 40B des Auslegerzylinders 4a erfassen.
Am Auslegerzylinder 4a ist ein Hubsensor 7a angebracht. Der Hubsensor 7a erfasst den Betrag der Verschiebung einer Zylinderstange 4ab in Bezug auf einen Zylinder 4aa im Auslegerzylinder4a. Ein Hubsensor 7b ist am Auslegerzylinder 4b angebracht. Der Hubsensor 7b erfasst den Betrag der Auslenkung einer Zylinderstange im Armzylinder 4b. Ein Hubsensor 7c ist am Löffelzylinder 4c angebracht. Der Hubsensor 7c erfasst den Betrag der Verschiebung einer Zylinderstange im Löffelzylinder 4c.
Der Winkelsensor 9a ist um den Auslegerbasisbolzen 5a angebracht. Der Winkelsensor 9b ist um den Armverbindungsbolzen 5b angebracht. Der Winkelsensor 9c ist um den Befestigungsverbindungsbolzen 5c angebracht. Die Winkelsensoren 9a, 9b und 9c können jeweils durch ein Potentiometer oder einen Drehgeber realisiert werden.
Wie in 1 gezeigt, wird in einem Arbeitsbereich des Auslegers in einer Seitenansicht ein Winkel, der zwischen einer geraden Linie (in 1 mit einer Zweistrich-Kettenlinie dargestellt), die durch den Auslegerbasisbolzen 5a und den Armverbindungsbolzen 5b verläuft, und einer geraden Linie (in 1 mit einer gestrichelten Linie dargestellt), die sich in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckt, als Auslegerwinkel θb definiert. Der Auslegerwinkel θb stellt einen Winkel des Auslegers 3a in Bezug auf die Dreheinheit 2 dar. Der Auslegerwinkel θb kann aus dem Ergebnis der Erfassung durch den Hubsensor 7a oder einem Messwert des Winkelsensors 9a berechnet werden.
In einem Arbeitsbereich des Arms in einer Seitenansicht wird ein Winkel, der zwischen der geraden Linie (in 1 mit einer Zweistrich-Kettenlinie dargestellt), die durch den Auslegerbasisbolzen 5a und den Armverbindungsbolzen 5b verläuft, und einer geraden Linie (in 1 mit einer Zweistrich-Kettenlinie dargestellt), die durch den Armverbindungsbolzen 5b und den Befestigungsverbindungsbolzen 5c verläuft, als Armwinkel θa definiert. Der Armwinkel θa stellt einen Winkel des Arms 3b in Bezug auf den Ausleger 3a dar. Der Armwinkel θa kann aus einem Ergebnis der Erfassung durch den Hubsensor 7b oder einem Messwert des Winkelsensors 9b berechnet werden.
In einem Arbeitsbereich des Löffels in einer Seitenansicht wird ein Winkel, der zwischen der geraden Linie (in 1 mit einer Zweistrich-Kettenlinie dargestellt), die durch den Armverbindungsbolzen 5b und den Befestigungsverbindungsbolzen 5c verläuft, und einer geraden Linie (in 1 mit einer Zweistrich-Kettenlinie dargestellt), die durch den Befestigungsverbindungsbolzen 5c und eine Schneidkante des Löffels 3c verläuft, als Löffelwinkel θk definiert. Der Löffelwinkel θk stellt einen Winkel des Löffelwinkels 3c in Bezug auf den Arm 3b dar. Der Löffelwinkel θk kann aus dem Ergebnis der Erfassung durch den Hubsensor 7c oder einem Messwert des Winkelsensors 9c berechnet werden.
Die Trägheitsmesseinheiten (IMUs) 8a, 8b, 8c und 8d sind jeweils an der Dreheinheit 2, dem Ausleger 3a, dem Arm 3b und dem ersten Verbindungselement 3da angebracht. Die IMU 8a misst eine Beschleunigung der Dreheinheit 2 in einer Vorwärts/Rückwärtsrichtung, einer seitlichen Richtung und der Aufwärts/Abwärtsrichtung und 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, der seitlichen Richtung und 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.
Basierend auf einer Differenz zwischen der Beschleunigung, die von der an der Dreheinheit 2 angebrachten IMU 8a gemessen wird, und der Beschleunigung, die von der am Ausleger 3a angebrachten IMU 8b gemessen wird, kann eine Beschleunigung beim Ausfahren und Einfahren des Auslegerzylinders 4a (ein Änderungsbetrag der Geschwindigkeit des Ausfahrens und Einfahrens des Auslegerzylinders 4a) ermittelt werden. Der Auslegerwinkel θb, der Armwinkel θa und der Löffelwinkel θk können von den IMUs gemessen werden.
<Schematischer Aufbau des Systems der Arbeitsmaschine>
Eine schematische Konfiguration eines Systems der Arbeitsmaschine wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Systems der in 1 dargestellten Arbeitsmaschine zeigt.
Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei dem System der vorliegenden Ausführungsform um ein System zur Bestimmung eines Nutzlastwertes. Das System in der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Hydraulikbagger 100, der eine in 1 gezeigte beispielhafte Arbeitsmaschine darstellt, und eine in 2 gezeigt Steuerung 10. Die Steuerung 10 kann am Hydraulikbagger 100 angebracht sein. Die Steuerung 10 kann außerhalb des Hydraulikbaggers 100 vorgesehen sein. Die Steuerung 10 kann an einer Baustelle des Hydraulikbaggers 100 oder an einer von der Baustelle des Hydraulikbaggers 100 entfernten Stelle angeordnet sein.
Der Motor 31 ist z. B. ein Dieselmotor. Die Leistung des Motors 31 wird durch die Steuerung der Einspritzmenge von Kraftstoff in den Motor 31 durch die Steuerung 10 geregelt.
Eine Hydraulikpumpe 33 ist mit dem Motor 31 verbunden. Wenn die Drehantriebskraft des Motors 31 auf die Hydraulikpumpe 33 übertragen wird, wird die Hydraulikpumpe 33 angetrieben. Bei der Hydraulikpumpe 33 handelt es sich um eine hydraulische Verstellpumpe, die z. B. eine Taumelscheibe umfasst und deren Förderleistung sich mit der Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe ändert. Ein Teil des von der Hydraulikpumpe 33 geförderten Öls wird als Hydrauliköl zu einem Wegeventil 34 geleitet. Ein Teil des von der Hydraulikpumpe 33 geförderten Öls wird durch ein Druckminderungsventil im Druck reduziert und als Steueröl verwendet.
Das Wegeventil 34 ist ein Schieberventil, das die Durchflussrichtung des Hydrauliköls umschaltet, indem es z. B. einen stabförmigen Schieber bewegt. Wenn sich der Schieber in einer axialen Richtung bewegt, wird die Menge der Zufuhr von Hydrauliköl zu einem hydraulischen Aktuator 40 geregelt. Das Wegeventil 34 ist mit einem Schieberhubsensor ausgestattet, der einen Bewegungsweg des Schiebers (Schieberhub) erfasst.
Durch die Steuerung der Zufuhr und des Ablassens eines hydraulischen Drucks zum hydraulischen Aktuator 40 wird der Betrieb des Arbeitsgeräts 3, die Drehung der Dreheinheit 2 und der Fahrbetrieb der Fahreinheit 1 gesteuert. Der hydraulische Aktuator 40 umfasst den in 1 dargestellten Auslegerzylinder 4a, den Armzylinder 4b und den Löffelzylinder 4c sowie einen nicht dargestellten Drehmotor.
Im vorliegenden Beispiel wird das Öl, das dem hydraulischen Aktuator 40 zur Aktivierung des hydraulischen Aktuators 40 zugeführt wird, als Hydrauliköl bezeichnet. Öl, das dem Wegeventil 34 zur Aktivierung des Wegeventils 34 zugeführt wird, wird als Steueröl bezeichnet. Der Druck des Steueröls wird als hydraulischer Vorsteuerdruck bezeichnet.
Die Hydraulikpumpe 33 kann wie oben beschrieben sowohl Hydrauliköl als auch Steueröl fördern. Die Hydraulikpumpe 33 kann separat eine Hydraulikpumpe (Haupthydraulikpumpe), die Hydrauliköl fördert, und eine Hydraulikpumpe (Steuerhydraulikpumpe), die Steueröl fördert, umfassen.
In der Fahrerkabine 2a ist eine Bedienvorrichtung 25 angeordnet. Die Bedienvorrichtung 25 wird von einer Bedienungsperson bedient. Die Bedienvorrichtung 25 akzeptiert eine Betätigung durch den Bediener zum Fahren des Arbeitsgeräts 3. Die Bedienvorrichtung 25 akzeptiert eine Betätigung durch den Bediener zum Drehen der Dreheinheit 2. Die Bedienvorrichtung 25 gibt ein Betriebssignal als Reaktion auf eine Betätigung durch den Bediener aus. Obwohl die Bedienvorrichtung 25 im vorliegenden Beispiel eine hydraulische Ansteuerungsvorrichtung ist, kann es sich auch um eine elektrische Bedienvorrichtung handeln.
Die Bedienvorrichtung 25 umfasst einen ersten Steuerhebel 25R und einen zweiten Steuerhebel 25L. Der erste Steuerhebel 25R ist z. B. rechts vom Bedienersitz 2b angeordnet. Der zweite Steuerhebel 25L ist z. B. links vom Fahrersitz 2b angeordnet. Betätigungen in vorderer, hinterer, linker und rechter Richtung auf den ersten Steuerhebel 25R und den zweiten Steuerhebel 25L entsprechen biaxialen Betätigungen.
Zum Beispiel werden der Ausleger 3a und der Löffel 3c durch Betätigung des ersten Steuerhebels 25R betätigt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Auslegers 3a, und eine Betätigung zum Absenken des Auslegers 3a und eine Betätigung zum Anheben des Auslegers 3a werden in Übereinstimmung mit der Betätigung in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung ausgeführt. Eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R in seitlicher Richtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Löffels 3c, und eine Betätigung in einer Aushubrichtung (nach oben) und einer Kipprichtung (nach unten) des Löffels 3c wird entsprechend der Betätigung in seitlicher Richtung ausgeführt.
Zum Beispiel werden der Arm 3b und die Dreheinheit 2 durch Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L betätigt. Eine Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung entspricht beispielsweise einer Umdrehung der Dreheinheit 2, und ein Rechtsdrehungsvorgang und ein Linksdrehungsvorgang der Dreheinheit 2 werden entsprechend einer Betätigung in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung ausgeführt. Eine Betätigung des zweiten Steuerhebels 25L in der seitlichen Richtung entspricht beispielsweise einer Betätigung des Arms 3b, und die Betätigung des Arms 3b in der Kipprichtung (nach oben) und der Aushubrichtung (nach unten) wird entsprechend der Betätigung in der seitlichen Richtung ausgeführt.
Das von der Hydraulikpumpe 33 geförderte und durch das Druckreduzierventil druckreduzierte Steueröl wird dem Arbeitsgerät 25 zugeführt. Der hydraulische Steuerdruck wird auf der Grundlage des Betätigungsumfangs der Bedienvorrichtung 25 geregelt.
Die Bedienvorrichtung 25 und das Wegeventil 34 sind durch einen Steuerölkanal 450 miteinander verbunden. Durch den Steuerölkanal 450 wird dem Wegeventil 34 Steueröl zugeführt. Ein Steuerkolben des Richtungssteuerventils 34 wird somit in axialer Richtung bewegt, um die Durchflussrichtung und die Durchflussmenge des Hydrauliköls zu regulieren, das dem Auslegerzylinder 4a, dem Armzylinder 4b und dem Löffelzylinder 4c zugeführt wird, so dass Vorgänge in Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c durchgeführt werden.
Im Steuerölkanal 450 ist ein Drucksensor 36 angeordnet. Der Drucksensor 36 erfasst einen hydraulischen Steuerdruck. Das Ergebnis der Erfassung durch den Drucksensor 36 wird an das Steuergerät 10 übermittelt. Die Höhe des Anstiegs des Steuerhydraulikdrucks ist unterschiedlich, abhängig von einem Neigungswinkel jedes der Steuerhebel 25L und 25R aus einer neutralen Position. Der Inhalt der Betätigung der Bedienvorrichtung 25 kann auf der Grundlage eines Ergebnisses der Erfassung des Steuerhydraulikdrucks durch den Drucksensor 36 bestimmt werden.
Erfassungssignale von den Hubsensoren 7a bis 7c, den IMUs 8a bis 8d, den Winkelsensoren 9a bis 9c und den Drucksensoren 6a und 6b werden ebenfalls der Steuerung 10 zugeführt.
Die Steuerung10 kann mit jedem der Hubsensoren 7a bis 7c, den IMUs 8a bis 8d, den Potentiometern 9a bis 9c und den Drucksensoren 6a, 6b und 36 über Drähte elektrisch verbunden sein oder drahtlos mit ihnen kommunizieren. Die Steuerung 10 kann z. B. durch einen Computer, einen Server oder ein tragbares Endgerät oder durch eine Zentraleinheit (CPU) implementiert werden.
Obwohl die Bedienvorrichtung 25 zuvor als hydraulische Vorsteuerdruckvorrichtung beschrieben wurde, kann die Bedienvorrichtung 25 auch elektrisch sein. Wenn die Bedienvorrichtung 25 elektrisch ist, wird eine Betätigung des ersten Steuerhebels 25R und des zweiten Steuerhebels 25L z. B. durch ein Potentiometer erfasst. Das Potentiometer ist ein Verschiebungssensor, der ein elektrisches Ausgangssignal (Spannung) im Verhältnis zu einer mechanischen Position liefert. Das Ergebnis der Erfassung durch das Potentiometer wird der Steuerung 10 zur Verfügung gestellt. Der Betriebsinhalt der Bedienvorrichtung 25 kann auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung durch das Potentiometer bestimmt werden.
<Funktionsblock in der Steuerung 10>
Ein Funktionsblock in der Steuerung 10 wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das einen Funktionsblock innerhalb der in 2 dargestellten Steuerung 10 zeigt.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuerung 10 eine Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11, eine Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit 12, eine Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 und einen Speicher 14.
Die Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 empfängt ein Signal, das einen vom Drucksensor 36 erfassten hydraulischen Steuerdruck angibt. Die Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 ermittelt beispielsweise einen Betriebsbefehlswert für den Betrieb des Auslegerzylinders 4a aus dem Signal, das den vom Drucksensor 36 erfassten hydraulischen Steuerdruck angibt. Der von der Betriebsbefehlswert-Ermittlungseinheit 11 erhaltene Betriebsbefehlswert wird dem Speicher 14 zugeführt und darin gespeichert.
Die Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit 12 empfängt ein Signal, das eine Beschleunigung oder ähnliches anzeigt, die von jeder der IMUs 8a bis 8d erfasst wird. Die Einheit 12 zur Erfassung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a erfasst eine Beschleunigung beim Ausfahren und Einfahren des Auslegerzylinders 4a (einen Betrag der Änderung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a), zum Beispiel auf der Grundlage einer Differenz zwischen der von der an der Dreheinheit 2 angebrachten IMU 8a erfassten Beschleunigung und der von der am Ausleger 3a angebrachten IMU 8b erfassten Beschleunigung.
Die Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit 12 erhält Signale, die die von den Hubsensoren 7a bis 7c erfassten Verschiebungsbeträge der Zylinderstangen angeben. Die Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit 12 erhält Signale, die die Winkel des Arbeitsgerätes (Auslegerwinkel θb, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk) angeben, die von den Winkelsensoren 9a bis 9c erfasst werden. Die Einheit 12 zur Erfassung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a ermittelt eine Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit des Auslegerzylinders 4a, beispielsweise auf der Grundlage eines vom Hubsensor 7a erfassten Auslenkungsbetrags der Zylinderstange oder eines vom Winkelsensor 9a erfassten Winkels des Arbeitsgerätes (Auslegerwinkel θb).
Die Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit (oder der Betrag der Änderung der Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit) des Auslegerzylinders 4a, die von der Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit 12 erfasst wird, wird an den Speicher 14 übermittelt und dort gespeichert.
Die Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 erhält Signale, die einen Kopfdruck und einen Bodendruck des Auslegerzylinders 4a anzeigen, die von den Drucksensoren 6a und 6b erfasst werden. Die Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 erhält Eingangssignale, die die Beträge der Verschiebung der Zylinderstangen angeben, die von den Hubsensoren 7a bis 7c erfasst werden. Die Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 erhält Signale, die die Winkel des Arbeitsgerätes (Auslegerwinkel θb, Armwinkel θa und Löffelwinkel θk) angeben, die von den Winkelsensoren 9a bis 9c erfasst werden.
Die Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 berechnet einen Nutzlastberechnungswert aus dem bereitgestellten Signal. Der von der Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 berechnete Nutzlastberechnungswert wird dem Speicher 14 zugeführt und darin gespeichert.
<Nutzlastberechnung>
Ein aktueller Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) im Löffel 3c wird auf der Grundlage des Gleichgewichts eines Moments um den Auslegerbasisbolzen 5a gemäß der Ausführungsform berechnet. Die in 3 gezeigte Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit 13 berechnet einen Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload).
Zunächst wird das durch das Eigengewicht des Arbeitsgeräts 3 verursachte Moment MX_we gemäß dem folgenden Ausdruck (1) berechnet.
[Ausdruck 1] $\begin{array}{l} M X_{w e} \\ = M_{A u s l e g e r} \times X_{A u s l e g e r_c} + M_{A u s l e g e r C} \times X_{A u s l e g e r C_c} + M_{A u s l e g e r C R} \times X_{A u s l e g e r C R_c} + M_{A r m} \times X_{A r m_c} + M_{A r m C} \\ \times X_{A r m C_c} + M_{A r m C R} \times X_{A r m C R_c} + M_{L \ddot{o} f f e l} \times X_{L \ddot{o} f f e l_c} \end{array}$
In dem Ausdruck (1) stellt M_Ausleger ein Gewicht des Auslegers 3a dar. M_AuslegerC steht für das Gewicht eines Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4a. M_AuslegerCR stellt ein Gewicht eines Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4a dar. M_Arm repräsentiert ein Gewicht des Auslegers 3b. M_ArmC steht für das Gewicht eines Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4b. M_ArmCR steht für das Gewicht eines Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4b. M_Löffel steht für das Gewicht des Löffels 3c.
Jedes der Gewichte M_Ausleger, M_AuslegerC, M_AuslegerCR, M_Arm, M_ArmC, M_ArmCR und M_Löffel wird im Speicher 14 gespeichert, zum Beispiel durch eine Operation zur Eingabe in den Speicher 14 auf den Eingabebetätigungsabschnitt 21, wie in 3 gezeigt.
In dem Ausdruck (1) stellt X_Ausieger__c einen horizontalen Abstand von (einer Drehmittelachse des) Auslegerbasisbolzens 5a zu dem Schwerpunkt des Auslegers 3a dar. X_AuslegerC__c stellt einen horizontalen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Zylinderabschnitts des Auslegerzylinders 4a dar. X_AuslegerCR__c repräsentiert einen horizontalen Abstand vom Auslegerbasisbolzen 5a zum Schwerpunkt des Zylinderstangenabschnitts des Auslegerzylinders 4a. X_Arm__c kennzeichnet den horizontalen Abstand zwischen dem Auslegerbasisbolzen 5a und dem Schwerpunkt des Auslegers 3b. X_ArmC__c stellt einen horizontalen Abstand zwischen dem Auslegerbasisbolzen 5a und dem Schwerpunkt des Zylinderteils des Auslegerzylinders 4b dar. X_ArmCR__c repräsentiert einen horizontalen Abstand zwischen dem Auslegerbasisbolzen 5a und dem Schwerpunkt des Zylinderstangenabschnitts des Armzylinders 4b. X_{Löffel_c} stellt einen horizontalen Abstand zwischen dem Auslegerbasisbolzen 5a und dem Schwerpunkt des Löffels 3c dar.
Jeder dieser Abstände X_{Ausleger_c}, X_{AuslegerC_c}, X_{AuslegerCR_c}, X_{Arm_c}, X_{ArmC_c}, X_{ArmCR_c} und X_Löffel kann aus den Ergebnissen der Erfassung durch die Hubsensoren 7a bis 7c und die Potentiometer 9a bis 9c berechnet werden.
Das Gleichgewicht der Momente um den Auslegerbasisbolzen 5a wird durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt.
[Ausdruck 2] $F \times h = C a l c u P a y l o a d \times X_{N u t z l a s t_c} + M X_{w e}$
In dem Ausdruck (2) stellt F die Last (Druckkraft) des Auslegerzylinders 4a dar und wird aus einem Kopfdruck und einem Bodendruck des Auslegerzylinders 4a erhalten. Daher wird F aus einem Druck (Kopfdruck), der von Drucksensor 6a erfasst wird, und einem Druck (Bodendruck), der von Drucksensor 6b erfasst wird, erhalten.
In dem Ausdruck (2) stellt h den kürzesten Abstand zwischen dem Auslegerbasisbolzen 5a und dem Auslegerzylinder 4a dar (ein Abstand in einer Richtung orthogonal zu einer Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 4a) (siehe auch 1). h kann aus den Erfassungswerten des Hubsensors 7a und des Winkelsensors 9a berechnet werden. Durch die Berechnung von F×h wird die Last F des Auslegerzylinders 4a an eine in Ausfahrrichtung unterschiedliche Last des Auslegers angepasst.
In dem Ausdruck (2) stellt X_{Nutzlast_c} einen Abstand zwischen dem Auslegerbasisbolzen 5a und dem Schwerpunkt einer Last im Löffel 3c dar. Die Position des Schwerpunkts der Last im Löffel 3c kann als die Position des Schwerpunkts voller Lasten, die im Löffel 3c gehalten werden können, betrachtet werden. X_{Nutzlast_c} kann aus den Erfassungswerten der Hubsensoren 7a bis 7c und der Winkelsensoren 9a bis 9c berechnet werden.
Basierend auf dem Ausdruck (2) wird ein Nutzlastberechnungswert (CalcuPayload) in einem Ausdruck (3) unten ausgedrückt.
[Ausdruck 3] $C a l c u P a y l o a d = \frac{F \times h - M X_{w e}}{X_{N u t z l a s t_c}}$
<Schätzung des Gewichts des Arbeitsgerätes>
Es ist schwierig, das Gewicht und die Position des Schwerpunkts jedes Verbindungselements des Arbeitsgerätes 3, z. B. des Auslegers 3a und des Arms 3b, zu messen. Die Position des Schwerpunkts des Auslegers 3a wird für die Berechnung des Abstands X_{Ausieger_c} verwendet, und die Position des Schwerpunkts des Arms 3b wird für die Berechnung des Abstands X_Arm__c verwendet. Wie oben dargelegt, werden das Gewicht M_Ausleger des Auslegers 3a, das Gewicht M_Arm des Arms 3b, der Abstand X_{Ausieger_c} und der Abstand X_Arm__c zur Berechnung des Nutzlastberechnungswerts verwendet.
Wie oben dargelegt, wird der Nutzlastberechnungswert durch eine Berechnung auf der Grundlage des Gleichgewichts des Moments ermittelt. Das Moment eines Bauteils des Arbeitsgerätes wird als Produkt aus dem Gewicht (genauer gesagt, einer Masse) des Bauteils und dem Abstand von der Drehmittelachse zur Position des Schwerpunkts ausgedrückt. Wenn also das Gewicht M_Ausleger und die Position des Schwerpunkts des Auslegers 3a und das Gewicht M_Arm und die Position des Schwerpunkts des Arms 3b, die für die Berechnung des Nutzlastberechnungswerts verwendet werden sollen, von den wahren Werten abweichen, wird das Moment um den Auslegerbasisbolzen 5a nicht korrekt berechnet, und ein berechneter Wert des Nutzlastberechnungswerts ist je nach der Stellung des Arbeitsgerätes 3 unterschiedlich. Um die Genauigkeit des Nutzlastberechnungswerts zu verbessern, ist eine genaue Schätzung der Momente des Auslegers 3a und des Arms 3b auch dann erforderlich, wenn die Sollwerte des Gewichts und die Position des Schwerpunkts des Auslegers 3a und des Arms 3b unbekannt sind.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das Moment des Bauteils genauer als in einem herkömmlichen Beispiel ermittelt werden, indem der Nutzlastberechnungswert in einer Vielzahl von Stellungen des Arbeitsgerätes ermittelt wird, wobei die Position des Schwerpunkts des Bauteils vorläufig festgelegt wird, und das Gewicht des Bauteils so eingestellt wird, dass die ermittelten Nutzlastberechnungswerte in der Vielzahl von Stellungen des Arbeitsgerätes gleich sind. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen eines Gewichts des Arbeitsgerätes 3 auf der Grundlage der Ausführungsform zeigt. Das Verfahren zum Einstellen des Gewichts des Arbeitsgerätes 3 auf der Grundlage der Ausführungsform wird dementsprechend im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 bis 6 beschrieben.
Zunächst werden in Schritt S1 eine erste Stellung (im Folgenden als Stellung (1) bezeichnet) zum Einstellen der Masse des Arms 3b und eine zweite Stellung (im Folgenden als Stellung (2) bezeichnet) zum Einstellen der Masse des Arms 3b ausgewählt, wie später beschrieben wird.
5 ist ein Diagramm, das schematisch eine Ausleger-Schwerpunktposition Ga und eine Arm-Schwerpunktposition Gb zeigt. Die in 5 gezeigte Ausleger-Schwerpunktposition Ga stellt eine Position des Schwerpunkts des Auslegers 3a dar. Die in 5 gezeigte Position des Armschwerpunkts Gb stellt die Position des Schwerpunkts des Arms 3b dar. Ein in 5 dargestellter „Auslegermomentabstand“ stellt einen horizontalen Abstand von einem Momentausgleichsmittelpunkt (Auslegerbasisbolzen 5a) zur Ausleger-Schwerpunktposition Ga dar, d. h. den oben beschriebenen Abstand X_{Ausleger_c}. Ein in 5 dargestellter „Armmomentabstand“ ist ein horizontaler Abstand zwischen dem Momentausgleichsmittelpunkt (Auslegerbasisbolzen 5a) und der Arm-Schwerpunktposition Gb, d. h. der oben beschriebene Abstand X_{Arm_c}.
6 ist ein Diagramm, das schematisch eine Einstellung zur Anpassung einer Masse des Arms 3b zeigt. Der in 6 gezeigte Abstand X_Nut_zi_ast stellt einen horizontalen Abstand von der Position des Schwerpunkts Gp der auf dem Arbeitsgerät 3 (Löffel 3c) geladenen Lasten zum Momentausgleichsmittelpunkt (Auslegerbasisbolzen 5a) dar.
Die Abweichung der Masse des Auslegers 3a vom wahren Wert ist definiert als ΔMa_AU- _sleger. Das dieser Massenabweichung entsprechende Moment um den Auslegerbasisbolzen 5a kann dann als Produkt aus der Massenabweichung ΔM_Ausleger und dem oben beschriebenen Momentabstand X_{Ausieger_c} des Auslegers 3a ermittelt werden.
Durch die Abweichung der Masse des Auslegers 3a entsteht ein Fehler im Nutzlastberechnungswert. Das Moment um den Auslegerbasisbolzen 5a aufgrund dieses Fehlers des Nutzlastberechnungswertes wird als Produkt eines Nutzlastberechnungswertfehlers ΔCaIcuPayload und des Abstandes X_Nutzlast ermittelt.
Da das durch die Abweichung der Masse des Auslegers 3a erzeugte Moment um den Auslegerbasisbolzen 5a im Gleichgewicht sein muss, ist der nachstehende Ausdruck (4) erfüllt.
[Ausdruck 4] $Δ M_{A u s l e g e r} \times X_{A u s l e g e r_c} = Δ C a l c u P a y l o a d \times X_{N u t z l a s t}$
Durch Umformung des Ausdrucks (4) wird der Ausdruck (5) erhalten.
[Ausdruck 5] $Δ C a l c u P a y l o a d = \frac{Δ M_{A u s l e g e r} \times X_{A u s l e g e r_c}}{X_{N u t z l a s t}}$
Wie aus dem Ausdruck (5) ersichtlich, variiert der Nutzlastberechnungswertfehler ΔCaIcuPayload in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen dem Abstand X_{Ausieger_c} und dem Abstand X_Nutzlast. Wenn die Nutzlastberechnungswerte in zwei Stellungen mit dem gleichen Wert (X_Ausieger__c/X_Nutzlast) miteinander verglichen werden, sind die Nutzlastberechnungswertfehler ΔCaIcuPayload aufgrund der Abweichung der Masse des Auslegers 3a gleich, und daher kann der Einfluss der Abweichung der Masse des Auslegers 3a auf den Nutzlastberechnungswert eliminiert werden. Wenn die Nutzlastberechnungswerte in diesen beiden Stellungen in einem unbelasteten Zustand berechnet werden, werden in den beiden Stellungen unterschiedliche Nutzlastberechnungswerte berechnet, und dieser Fehler wird nur durch die Abweichung der Masse des Arms 3b verursacht. Daher werden zwei Stellungen ausgewählt, bei denen das Verhältnis zwischen dem Abstand X_{Ausieger_c} und dem Abstand X_Nutzlast und das Verhältnis zwischen dem Abstand X'_{Ausleger_c} und dem Abstand X'_Nutzlast wie in 6 gezeigt gleich sind, und diese beiden Stellungen werden als Stellung (1) bzw. Stellung (2) definiert.
Dann werden in Schritt S2 eine dritte Stellung (im Folgenden als Stellung (3) bezeichnet) zum Einstellen der Masse des Auslegers 3a und eine vierte Stellung (im Folgenden als Stellung (4) bezeichnet) zum Einstellen der Masse des Auslegers 3a ausgewählt, wie später beschrieben wird.
Wie bei der Auswahl der zuvor beschriebenen Stellung (1) und Stellung (2), werden zwei Stellungen ausgewählt, bei denen der Einfluss durch die Abweichung der Masse des Arms 3b auf den Nutzlastberechnungswert eliminiert werden kann. Insbesondere werden zwei Stellungen ausgewählt, bei denen das Verhältnis zwischen dem Abstand X_Arm__c und dem Abstand X_Nutzlast gleich ist, und diese beiden Stellungen werden als Stellung (3) und Stellung (4) definiert.
Das Arbeitsgerät 3 wird betätigt, um seine Stellung in die Stellung (1) zu bringen. In Schritt S3 wird festgestellt, ob sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (1) befindet oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 nicht in Stellung (1) befindet (NEIN in Schritt S3), wird die Bestimmung in Schritt S3 wiederholt. Die Bestimmung in Schritt S3 wird wiederholt, bis sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (1) befindet.
Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 in der Stellung (1) befindet (JA in Schritt S3), wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt und der Nutzlastberechnungswert in der Stellung (1) berechnet. Wenn zum Zeitpunkt der Berechnung des Nutzlastberechnungswerts keine Informationen über Sollwerte der Ausleger-Schwerpunktposition Ga und der Arm-Schwerpunktposition Gb vorliegen, kann der Nutzlastberechnungswert gemäß dem Ausdruck (3) berechnet werden, wobei bereits bekannte Sollwerte der Ausleger-Schwerpunktposition Ga und der Arm-Schwerpunktposition Gb für eine Arbeitsmaschine derselben Größe vorläufig als Ausleger-Schwerpunktposition Ga und Arm-Schwerpunktposition Gb festgelegt werden.
Das Arbeitsgerät 3 wird betätigt, um seine Stellung in die Stellung (2) zu bringen. In Schritt S5 wird festgestellt, ob sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (2) befindet oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 nicht in Stellung (2) befindet (NEIN in Schritt S5), wird die Bestimmung in Schritt S5 wiederholt. Die Bestimmung in Schritt S5 wird so lange wiederholt, bis sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (2) befindet.
Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 in der Stellung (2) befindet (JA in Schritt S5), wird das Verfahren mit Schritt S6 fortgesetzt und der Nutzlastberechnungswert in der Stellung (2) berechnet.
In Schritt S7 wird der in Schritt S4 berechnete Nutzlastberechnungswert in Stellung (1) mit dem in Schritt S6 berechneten Nutzlastberechnungswert in Stellung (2) verglichen.
Wenn der in Stellung (1) berechnete Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen den Nutzlastberechnungswerten in Schritt S7 (NEIN in Schritt S7) als unterschiedlich von dem in Stellung (2) berechneten Nutzlastberechnungswert bestimmt wird, geht das Verfahren zu Schritt S8 über und das Gewicht des Arms 3b wird angepasst. Insbesondere wird die Abweichung der Masse des Arms 3b durch Umkehrung (inverse operation) der Nutzlastberechnungswerte berechnet, die zwischen Stellung (1) und Stellung (2) unterschiedlich sind. Die Masse des Arms 3b, die für die Berechnung der Nutzlast verwendet wird, wird geändert, um die Abweichung dieser Masse zu verringern. Danach kehrt das Verfahren zur Bestimmung in Schritt S3 zurück und die Verarbeitung gemäß Schritt S3 bis Schritt S7 wird wiederholt.
Wenn der in Stellung (1) berechnete Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen den Nutzlastberechnungswerten in Schritt S7 als gleich dem in Stellung (2) berechneten Nutzlastberechnungswert bestimmt wird, wird die Masse von Arm 3b zu diesem Zeitpunkt als die Masse für die Momentberechnung von Arm 3b definiert. Die Masse des Arms 3b wird an den Speicher 14 ausgegeben und dort gespeichert.
Anschließend wird das Arbeitsgerät 3 betätigt, um seine Stellung in die Stellung (3) zu bringen. In Schritt S9 wird festgestellt, ob sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (3) befindet oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 nicht in Stellung (3) befindet (NEIN in Schritt S9), wird die Bestimmung in Schritt S9 wiederholt. Die Bestimmung in Schritt S9 wird so lange wiederholt, bis sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (3) befindet.
Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 in der Stellung (3) befindet (JA in Schritt S9), wird das Verfahren mit Schritt S10 fortgesetzt und der Nutzlastberechnungswert in der Stellung (3) berechnet.
Das Arbeitsgerät 3 wird betätigt, um seine Stellung in die Stellung (4) zu bringen. In Schritt S11 wird festgestellt, ob sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (4) befindet oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 nicht in Stellung (4) befindet (NEIN in Schritt S11), wird die Bestimmung in Schritt S11 wiederholt. Die Bestimmung in Schritt S11 wird wiederholt, bis sich das Arbeitsgerät 3 in Stellung (4) befindet.
Wenn festgestellt wird, dass sich das Arbeitsgerät 3 in der Stellung (4) befindet (JA in Schritt S11), wird das Verfahren mit Schritt S12 fortgesetzt und der Nutzlastberechnungswert in der Stellung (4) berechnet.
In Schritt S13 wird der in Schritt S10 berechnete Nutzlastberechnungswert in Stellung (3) mit dem in Schritt S12 berechneten Nutzlastberechnungswert in Stellung (4) verglichen.
Wenn der in Stellung (3) berechnete Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen den Nutzlastberechnungswerten in Schritt S13 (NEIN in Schritt S13) als unterschiedlich von dem in Stellung (4) berechneten Nutzlastberechnungswert bestimmt wird, geht das Verfahren zu Schritt S14 über und das Gewicht des Auslegers 3a wird angepasst. Konkret wird die Abweichung der Masse des Auslegers 3a durch Umkehrung der Nutzlastberechnungswerte berechnet, die sich zwischen Stellung (3) und Stellung (4) unterscheiden. Die Masse des Auslegers 3a, die für den Nutzlastberechnungswert verwendet wird, wird geändert, um die Abweichung dieser Masse zu verringern. Danach kehrt das Verfahren zur Bestimmung in Schritt S9 zurück und die Verarbeitung gemäß Schritt S9 bis Schritt S13 wird wiederholt.
Wenn der in Stellung (3) berechnete Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen den Nutzlastberechnungswerten in Schritt S13 als gleich dem in Stellung (4) berechneten Nutzlastberechnungswert bestimmt wird, wird die Masse des Auslegers 3a zu diesem Zeitpunkt als die Masse für die Momentberechnung des Auslegers 3a definiert. Die Masse des Auslegers 3a wird an den Speicher 14 ausgegeben und dort gespeichert.
Dann endet das Verfahren (Ende in 4).
<Funktionen und Effekte>
Die charakteristischen Merkmale, Funktionen und Effekte der vorliegenden Ausführungsform werden im Folgenden zusammengefasst, wobei sich die Beschreibung mit der obigen Beschreibung überschneiden kann.
Bei dem Verfahren zum Schätzen eines Moments des Arbeitsgerätes gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform werden in Schritt S1 zwei Stellungen, deren Verhältnis zwischen dem Abstand X_{Ausieger_c} und dem Abstand X_Nutzlast gleich sind, als Stellung (1) und Stellung (2) ausgewählt. In Schritt S3 wird das Arbeitsgerät 3 in Stellung (1) gebracht. In Schritt S4 wird der erste Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät 3 in Stellung (1) geladenen Lasten darstellt. In Schritt S5 wird das Arbeitsgerät 3 in Stellung (2) gebracht. In Schritt S6 wird ein zweiter Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät 3 in Stellung (2) geladenen Lasten darstellt. In Schritt S7 werden der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert miteinander verglichen. Wenn der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs in Schritt S7 als voneinander verschieden bestimmt werden, wird in Schritt S8 die Masse des Arms 3b, die bei der Nutzlastberechnung zu verwenden ist, geändert. Dann wird die Verarbeitung von Schritt S3 bis Schritt S7 wiederholt.
Durch die Berechnung von Nutzlastberechnungswerten in einer Vielzahl von Stellungen, die nicht von der Abweichung der Masse des Auslegers 3a betroffen sind, und durch die Anpassung der Masse des Arms 3b, bis es keinen Nutzlastberechnungswertfehler für jede Stellung gibt, kann das Moment des Arms 3b genauer geschätzt werden. Da der Nutzlastberechnungswert unter Verwendung des genauen Moments des Arms 3b auch für eine Arbeitsmaschine berechnet werden kann, deren Konstruktionsinformationen über die Masse des Arms 3b nicht verfügbar sind, kann ein genauer Wert für ein Lastgewicht berechnet werden.
Wenn der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs in Schritt S7 als gleichwertig bestimmt werden, wird die Masse von Arm 3b zu diesem Zeitpunkt als die Masse für die Momentberechnung von Arm 3b definiert. Das Moment des Arms 3b kann somit genau abgeschätzt werden.
Wie in 4 gezeigt, werden in Schritt S2 zwei Stellungen, deren Verhältnis zwischen dem Abstand X_Arm__c und dem Abstand X_Nutzlast gleich sind, als Stellung (3) und Stellung (4) ausgewählt. In Schritt S9 wird das Arbeitsgerät 3 auf die Stellung (3) eingestellt. In Schritt S10 wird der dritte Nutzlastberechnungswert ermittelt, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät 3 in Stellung (3) geladenen Lasten darstellt. In Schritt S11 wird das Arbeitsgerät 3 in Stellung (4) gebracht. In Schritt S12 wird ein vierter Nutzlastberechnungswert ermittelt, der ein Gewicht der auf dem Arbeitsgerät 3 in Stellung (4) geladenen Lasten darstellt. In Schritt S13 werden der dritte Nutzlastberechnungswert und der vierte Nutzlastberechnungswert miteinander verglichen. Wenn der dritte Nutzlastberechnungswert und der vierte Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs in Schritt S13 als voneinander verschieden bestimmt werden, wird in Schritt S14 die Masse des Auslegers 3a, die in der Nutzlastberechnung zu verwenden ist, geändert. Dann wird die Verarbeitung von Schritt S3 bis Schritt S7 wiederholt.
Durch die Berechnung der Nutzlastberechnungswerte in einer Vielzahl von Stellungen, die nicht durch die Abweichung der Masse des Arms 3b beeinflusst werden, und durch die Anpassung der Masse des Auslegers 3a, bis es keinen Nutzlastberechnungswertfehler für jede Stellung gibt, kann das Moment des Auslegers 3a genauer geschätzt werden. Da der Nutzlastberechnungswert unter Verwendung des genauen Moments des Auslegers 3a auch für eine Arbeitsmaschine berechnet werden kann, deren Konstruktionsinformationen über die Masse des Auslegers 3a nicht verfügbar sind, kann ein genauer Wert für ein Lastgewicht berechnet werden.
Wenn der dritte Nutzlastberechnungswert und der vierte Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs in Schritt S13 als gleichwertig bestimmt werden, wird die Masse des Auslegers 3a zu diesem Zeitpunkt als die Masse für die Momentberechnung des Auslegers 3a definiert. Das Moment des Auslegers 3a kann somit genau geschätzt werden.
Wie in 4 gezeigt, wird nach einer Reihe von Verarbeitungen gemäß Schritt S3 bis Schritt S7 eine Reihe von Verarbeitungen gemäß Schritt S9 bis Schritt S13 durchgeführt.
Durch sequenzielles Einstellen, wie z.B. die Einstellung der Masse des Arms 3b in zwei Stellungen, die den gleichen Einfluss haben, durch die Abweichung der Masse des Auslegers 3a auf das Moment und die anschließende Einstellung der Masse des Auslegers 3a in zwei Stellungen, die den gleichen Einfluss haben, durch die Abweichung der Masse des Arms 3b auf das Moment, können die Massen des Arms 3b und des Auslegers 3a richtig eingestellt werden.
Obwohl die Masse des Arms 3b eingestellt wird und danach die Masse des Auslegers 3a in der obigen Beschreibung der Ausführungsform eingestellt wird, ist die Reihenfolge der Einstellung der Masse als solche nicht begrenzt. Die Masse des Auslegers 3a kann in einer Stellung eingestellt werden, die nicht von der Abweichung der Masse des Arms 3b beeinflusst wird, und danach kann die Masse des Arms 3b in einer Stellung eingestellt werden, die nicht von der Abweichung der Masse des Auslegers 3a beeinflusst wird.
Wenn ein Sollwert für den Löffel 3c zusätzlich zu Ausleger 3a und Arm 3b nicht bekannt ist, kann bei einer Stellung, die nicht durch die Abweichung der Massen von zwei beliebigen Elementen, ausgewählt aus Ausleger 3a, Arm 3b und Löffel 3c, beeinflusst wird, die Masse einer verbleibenden Komponente angepasst werden. Auch in diesem Fall können die Massen des Auslegers 3a, des Arms 3b und des Löffels 3c in einer beliebigen der sechs Reihenfolgen eingestellt werden.
Überprüfungsbeispiel
Im Folgenden wird ein Überprüfungsbeispiel beschrieben. Für einen Hydraulikbagger, bei dem das Gewicht und die Position des Schwerpunkts des Auslegers und des Arms unbekannt waren, wurde ein Nutzlastberechnungswert in einer Vielzahl von Stellungen berechnet, wobei die Stellung des Arbeitsgerätes vor der Einstellung der Massen des Auslegers und des Arms geändert wurde. Nach der Einstellung der Massen des Auslegers und des Arms mit dem Verfahren der Ausführungsform wurde die Stellung des Arbeitsgerätes geändert und ein Nutzlastberechnungswert in derselben Vielzahl von Stellungen berechnet. Die Nutzlastberechnungswerte vor und nach der Einstellung wurden miteinander verglichen.
7 ist ein Diagramm, das den Vergleich der Genauigkeit eines Nutzlastberechnungswerts vor und nach der Anpassung des Gewichts des Arbeitsgerätes zeigt. Die Nutzlastberechnungswerte wurden in insgesamt neun Stellungen berechnet, wobei der Ausleger 3a in drei Stellungen eingestellt wurde, in denen der Auslegerwinkel θb auf 30°, 50° und 70° und der Armwinkel θa auf 40°, 95° und 150° im Ausleger 3a in jeder der drei Stellungen eingestellt wurde. Eine fette Linie entlang eines regelmäßigen Neunecks in 7 stellt einen tatsächlichen Nutzlastwert dar. Dünne Linien entlang einer Vielzahl von regelmäßigen Neunecken in 7 stellen die Größe der Abweichung vom tatsächlichen Nutzlastwert dar. Numerische Werte von +3 bis -4, die sich an den regelmäßigen Neunecken befinden, stellen jeweils einen Indikator für die Richtung und Größe der Abweichung vom tatsächlichen Nutzlastwert des Nutzlastberechnungswertes dar. Ein Scheitelpunkt des regelmäßigen Neunecks steht für eine der neun oben beschriebenen Stellungen.
Das Diagramm mit der gestrichelten Linie in 7 stellt den Nutzlastberechnungswert in jeder Stellung vor der Einstellung des Gewichts des Arbeitsgerätes dar. Ein Diagramm mit einer durchgezogenen Linie in 7 stellt den Nutzlastberechnungswert in jeder Stellung nach der Einstellung des Gewichts des Arbeitsgerätes dar.
Wie in 7 gezeigt, ist der Fehler bei der Berechnung des Nutzlastwertes für jede Einstellung vor der Anpassung des Gewichts des Arbeitsgerätes größer und nach der Anpassung des Gewichts des Arbeitsgerätes kleiner. Es wurde gezeigt, dass die Genauigkeit bei der Berechnung des Nutzlastberechnungswerts durch eine genauere Schätzung der Momente des Auslegers und des Arms verbessert werden kann, indem die Gewichte des Auslegers und des Arms auch für eine Arbeitsmaschine angepasst werden, deren Sollwert für ein Arbeitsgerät unbekannt war.
Obwohl die obige Ausführungsform und das Beispiel zuvor beschrieben wurden, ist es zu verstehen, dass die hier offenbarte Ausführungsform und das Beispiel in jeder Hinsicht der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sind. 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.
Bezugszeichenliste

1: Fahreinheit;
1a: Raupenbandvorrichtung;
2: Dreheinheit;
2a: Fahrerkabine;
2b: Fahrersitz;
2c: Motorraum;
2d: Gegengewicht;
3: Arbeitsgerät;
3a: Ausleger (erstes Element);
3b: Arm (zweites Element);
3c: Löffel;
3d: Löffelgelenk;
3da: erstes Verbindungselement;
3db: zweites Verbindungselement;
3dc: Oberer Stift des Löffelzylinders;
3dd: erster Verbindungsstift;
3de: zweiter Verbindungsstift;
4a: Auslegerzylinder;
4aa: Zylinder;
4ab: Zylinderstange;
4b: Armzylinder;
4c: Löffelzylinder;
5a: Auslegerbasisbolzen (Drehpunktwelle);
5b: Armverbindungsbolzen;
5c: Befestigungsverbindungsbolzen;
6a, 6b, 36: Drucksensor;
7a, 7b, 7c: Hubsensor;
9a, 9b, 9c: Winkelsensor;
10: Steuerung;
11: Betriebsbefehlswert-Erfassungseinheit;
12: Auslegerzylinder-Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeits-Erfassungseinheit;
13: Nutzlastberechnungswert-Recheneinheit;
14: Speicher;
21: Eingabebetätigungsabschnitt;
25: Bedienvorrichtung;
25L: zweiter Steuerhebel;
25R: erster Steuerhebel;
100: Hydraulikbagger (Arbeitsmaschine)

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

JP 60102436 [0003]

Claims

Verfahren zum Schätzen eines Moments eines Arbeitsgerätes in einer Arbeitsmaschine mit einer Drehpunktwelle, die als Gleichgewichtsmittelpunkt definiert ist, wobei die Arbeitsmaschine einen Fahrzeugkörper und das Arbeitsgerät umfasst, wobei das Arbeitsgerät relativ zu dem Fahrzeugkörper beweglich ist, wobei das Arbeitsgerät ein erstes Verbindungselement, das durch die Drehpunktwelle an dem Fahrzeugkörper gelagert ist, und ein zweites Verbindungselement, das an einem Spitzenende des ersten Verbindungselements befestigt ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt, um das Arbeitsgerät in eine erste Einstellung zu bringen; einen zweiten Schritt, in dem ein erster Nutzlastberechnungswert ermittelt wird, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der ersten Stellung geladenen Lasten darstellt; einen dritten Schritt, bei dem das Arbeitsgerät in eine zweite Stellung gebracht wird, wobei hinsichtlich des Verhältnisses zwischen einem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts des ersten Verbindungselements zu einem Basisende des ersten Verbindungselements und dem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts der auf dem Arbeitsgerät geladenen Lasten zu dem Basisende die zweite Stellung gleich der ersten Stellung ist; einen vierten Schritt, bei dem ein zweiter Nutzlastberechnungswert ermittelt wird, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der zweiten Stellung geladenen Lasten darstellt; einen fünften Schritt des Vergleichens des ersten Nutzlastberechnungswerts und des zweiten Nutzlastberechnungswerts miteinander; und Wiederholen der Verarbeitung gemäß dem ersten Schritt bis zum fünften Schritt, wobei ein Gewicht des zweiten Verbindungselements geändert wird, wenn der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen dem ersten Nutzlastberechnungswert und dem zweiten Nutzlastberechnungswert als voneinander verschieden bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gewicht des zweiten Verbindungselements zu dem Zeitpunkt, zu dem der erste Nutzlastberechnungswert und der zweite Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen dem ersten Nutzlastberechnungswert und dem zweiten Nutzlastberechnungswert gleich sind, als das Gewicht des zweiten Verbindungselements zum Schätzen des Moments definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen sechsten Schritt, bei dem das Arbeitsgerät in eine dritte Stellung gebracht wird; einen siebten Schritt, bei dem ein dritter Nutzlastberechnungswert ermittelt wird, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der dritten Stellung geladenen Lasten darstellt; einen achten Schritt, bei dem das Arbeitsgerät in eine vierte Stellung gebracht wird, wobei hinsichtlich des Verhältnisses zwischen dem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts des zweiten Verbindungselements zum Basisende und dem horizontalen Abstand von einer Position eines Schwerpunkts der auf dem Arbeitsgerät geladenen Lasten zum Basisende die vierte Stellung gleich der dritten Stellung ist; einen neunten Schritt, bei dem ein vierter Nutzlastberechnungswert ermittelt wird, der das Gewicht der auf dem Arbeitsgerät in der vierten Stellung geladenen Lasten darstellt; einen zehnten Schritt des Vergleichens des dritten Nutzlastberechnungswertes und des vierten Nutzlastberechnungswertes miteinander; und Wiederholen der Verarbeitung gemäß dem sechsten Schritt bis zum zehnten Schritt, wobei ein Gewicht des ersten Verbindungselements geändert wird, wenn der dritte Nutzlastberechnungswert und der vierte Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen dem dritten Nutzlastberechnungswert und dem vierten Nutzlastberechnungswert als voneinander verschieden bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Gewicht des ersten Verbindungselements zu dem Zeitpunkt, zu dem der dritte Nutzlastberechnungswert und der vierte Nutzlastberechnungswert als Ergebnis des Vergleichs zwischen dem dritten Nutzlastberechnungswert und dem vierten Nutzlastberechnungswert gleich sind, als das Gewicht des ersten Verbindungselements zum Schätzen des Moments definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Reihe von Verarbeitungen gemäß dem sechsten Schritt bis zum zehnten Schritt nach einer Reihe von Verarbeitungen gemäß dem ersten Schritt bis zum fünften Schritt durchgeführt wird.