DE112022000588T5 - Sturzbewertungssystem, Sturzbewertungsverfahren und Arbeitsmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Energieberechnungseinheit berechnet einen Energiebetrag für jede einer Vielzahl von Seiten eines Stützpolygons einer Arbeitsmaschine, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als Drehachse dient. Eine Auswerteeinheit bewertet die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des berechneten Energiebetrags für jede der Seiten.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Sturzbewertung, ein Verfahren zur Sturzbewertung und eine Arbeitsmaschine.
• Es wird die Priorität der am 8. März 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-036156 beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
• [Stand der Technik]
• Patentdokument 1 offenbart eine Technik zur Berechnung eines Nullmomentpunkts (ZMP) einer Arbeitsmaschine und zur Benachrichtigung eines Bedieners über die Möglichkeit eines Sturzes. Am ZMP werden die Momente in den Richtungen der Nick- und Rollachse null. Wenn der ZMP auf einer Seite eines Stützpolygons liegt, das die Arbeitsmaschine und die Bodenkontaktpunkte verbindet, so dass er nicht konkav ist, oder innerhalb des Stützpolygons liegt, ist ersichtlich, dass die Arbeitsmaschine stabil auf dem Boden steht.
• [Zitationsliste]
• [Patentdokument]
• [Patentdokument 1] PCT Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2011 / 148 946
• [Zusammenfassung der Erfindung]
• [Technisches Problem]
• Die in Patentdokument 1 beschriebene Berechnungsmethode hat die Möglichkeit, festzustellen, dass die Sturzgefahr hoch ist, wenn der Maschinenkörper durch eine Trägheitskraft der Arbeitsmaschine selbst angehoben wird. Aus diesem Grund kann anstelle der ZMP eine Methode zur Bewertung der Sturzgefahr unter Verwendung einer Energiestabilitätsspanne verwendet werden. Die Energiestabilitätsspanne bezieht sich auf die Energie, die erforderlich ist, um ein Umstürzen in einem bestimmten Haltungszustand zu verursachen.
• In der Arbeitsmaschine kann sich das Stützpolygon je nach Arbeitszustand ändern. Da beispielsweise bei einem Hydraulikbagger ein oberer Schwenkkörper gegenüber einem unteren Unterwagen schwenkt, ändert sich mit dem Schwenken die Schwerpunktlage gegenüber dem Stützpolygon.
• Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sturzbewertungssystem, ein Sturzbewertungsverfahren und einen Bagger, der die Möglichkeit eines Sturzes einer Arbeitsmaschine unter Berücksichtigung einer Beziehung zwischen einem Schwenkvorgang und einer Sturzrichtung bewerten können, bereitzustellen.
• [Lösung des Problems]
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sturzbewertungssystem für eine Arbeitsmaschine mit einem Anbaugerät bereitgestellt, wobei das System Folgendes umfasst: einen Prozessor. Der Prozessor enthält eine Energieberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Energiebetrag für jede einer Vielzahl von Seiten eines Stützpolygons der Arbeitsmaschine berechnet, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als Drehachse dient, und eine Bewertungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Möglichkeit des Umstürzens der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des berechneten Energiebetrags für jede der Seiten bewertet.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Sturzbewertung bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Schritt zur Berechnung eines Energiebetrags für jede einer Vielzahl von Seiten eines Stützpolygons einer Arbeitsmaschine, die ein Anbaugerät umfasst, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als Drehachse dient; und einen Schritt zur Bewertung einer Möglichkeit des Umstürzens der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des berechneten Energiebetrags für jede der Seiten.
• Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsmaschine bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Unterwagen; einen Schwenkkörper, der drehbar von dem Unterwagen getragen wird; ein an dem Schwenkkörper befestigtes Anbaugerät; und einen Prozessor. Der Prozessor umfasst eine Schwerpunktpositionsberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Schwerpunktposition der Arbeitsmaschine berechnet, eine Energieberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage der Schwerpunktposition der Arbeitsmaschine einen Energiebetrag für jede von mehreren Seiten eines Stützpolygons des Unterwagens berechnet, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als Drehachse dient, und eine Bewertungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage des berechneten Energiebetrags für jede der Seiten eine Möglichkeit des Umstürzens der Arbeitsmaschine bewertet.
• [Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung]
• Gemäß den oben genannten Aspekten kann die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine unter Berücksichtigung einer Beziehung zwischen einem Schwenkvorgang und einer Sturzrichtung bewertet werden.
• [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
• 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Arbeitsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
• 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• 3 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Energiestabilitätsspanne.
• 4 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Energiestabilitätsspanne und einer Schwerpunktposition zeigt.
• 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Sturzgefahrenzeichen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• 7 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
• [Beschreibung der Ausführungsformen]
• <Erste Ausführungsform>
• «Konfiguration der Arbeitsmaschine 100»
• Nachfolgend werden die Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
• 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Arbeitsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform ist z. B. ein Hydraulikbagger. Eine Arbeitsmaschine 100 umfasst einen Unterwagen 110, einen Schwenkkörper 130, ein Anbaugerät 150, eine Kabine 170 und eine Steuereinheit 190.
• Der Unterwagen 110 trägt die Arbeitsmaschine 100 in verfahrbarer Weise. Der Unterwagen 110 besteht beispielsweise aus einem linken und einem rechten Raupenpaar. Das Raupenpaar ist parallel und symmetrisch zu einer in Fahrtrichtung verlaufenden Geraden angeordnet. Daher ist ein Stützpolygon, das durch eine konvexe Hülle in Bezug auf die Bodenkontaktpunkte des Unterwagens 110 gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt wird, ein Rechteck. Die konvexe Hülle bezieht sich auf das kleinste konvexe Polygon, das alle spezifischen Punkte einschließt. Bei den spezifischen Punkten handelt es sich beispielsweise um die Punkte, an denen die Raupenbänder und der Boden miteinander in Berührung kommen. Im Folgenden wird das Rechteck, das eine konvexe Hülle in Bezug auf die Bodenkontaktpunkte des Unterwagens 110 ist, als Stützrechteck R bezeichnet.
• Der Schwenkkörper 130 ist um einen Schwenkmittelpunkt schwenkbar auf dem Unterwagen 110 gelagert.
• Das Anbaugerät 150 stützt sich auf einem vorderen Abschnitt des Schwenkkörpers 130 ab, so dass es in Aufwärts-/Abwärtsrichtung verfahrbar ist. Das Anbaugerät 150 wird durch Hydraulikdruck angetrieben. Das Anbaugerät 150 umfasst einen Ausleger 151, einen Arm 152 und einen Löffel 153. Ein proximaler Abschnitt des Auslegers 151 ist drehbar an dem Schwenkkörper 130 befestigt. Ein proximaler Endabschnitt des Arms 152 ist drehbar an einem distalen Endabschnitt des Auslegers 151 befestigt. Ein proximaler Endabschnitt des Löffels 153 ist drehbar an einem distalen Endabschnitt des Arms 152 befestigt. Hier wird ein Abschnitt des Schwenkkörpers 130, an dem das Anbaugerät 150 befestigt sind, als vorderer Abschnitt bezeichnet. Außerdem wird ein Abschnitt des Schwenkkörpers 130, der dem vorderen Abschnitt gegenüberliegt, als hinterer Abschnitt, ein Abschnitt des Schwenkkörpers 130 auf der linken Seite des vorderen Abschnitts als linker Abschnitt und ein Abschnitt des Schwenkkörpers 130 auf der rechten Seite des vorderen Abschnitts als rechter Abschnitt bezeichnet.
• Die Kabine 170 ist im vorderen Abschnitt des Schwenkkörpers 130 angeordnet. In der Kabine 170 sind eine Bedienvorrichtung, die es einem Bediener ermöglicht, die Arbeitsmaschine 100 zu bedienen, und eine Warnvorrichtung, die den Bediener auf ein Sturzrisiko hinweist, vorgesehen. Die Warnvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform meldet ein Sturzrisiko über einen Lautsprecher und eine Anzeigevorrichtung.
• Die Steuereinheit 190 steuert den Unterwagen 110, den Schwenkkörper 130 und das Anbaugerät 150 auf der Grundlage einer Betätigung der Bedienvorrichtung durch den Bediener. Die Steuereinheit 190 befindet sich z. B. in der Kabine 170.
• Die Arbeitsmaschine 100 umfasst eine Vielzahl von Sensoren zur Erfassung des Arbeitszustands der Arbeitsmaschine 100. Im Einzelnen umfasst die Arbeitsmaschine 100 einen Neigungsdetektor 101, einen Schwenkwinkelsensor 102, einen Auslegerwinkelsensor 103, einen Armwinkelsensor 104, einen Löffelwinkelsensor 105 und einen Nutzlastmesser 106.
• Der Neigungsdetektor 101 misst eine Beschleunigung und eine Winkelgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 130 und ermittelt auf der Grundlage des Messergebnisses eine Neigung (z. B. Roll- und Nickwinkel) des Schwenkkörpers 130 in Bezug auf eine horizontale Ebene. Der Neigungsdetektor 101 ist z. B. unterhalb der Kabine 170 montiert. Ein exemplarisches Beispiel für den Neigungsdetektor 101 ist eine Inertialmesseinheit (IMU).
• Der Schwenkwinkelsensor 102 ist in der Schwenkmitte des Schwenkkörpers 130 angeordnet und erfasst den Schwenkwinkel des Unterwagens 110 und des Schwenkkörpers 130. Der Messwert des Schwenkwinkelsensors 102 zeigt Null an, wenn die Richtungen des Unterwagens 110 und des Schwenkkörpers 130 übereinstimmen.
• Der Auslegerwinkelsensor 103 erfasst einen Auslegerwinkel, d. h. einen Drehwinkel des Auslegers 151 in Bezug auf den Schwenkkörper 130. Der Auslegerwinkelsensor 103 kann eine an dem Ausleger 151 befestigte IMU sein. In diesem Fall erfasst der Auslegerwinkelsensor 103 einen Auslegerwinkel auf der Grundlage einer Neigung des Auslegers 151 in Bezug auf die horizontale Ebene und der vom Neigungsdetektor 101 gemessenen Neigung des Schwenkkörpers. Der Messwert des Auslegerwinkelsensors 103 zeigt Null an, wenn die Richtung einer geraden Linie, die durch ein proximales Ende und ein distales Ende des Auslegers 151 verläuft, mit einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Schwenkkörpers 130 übereinstimmt. DerAuslegerwinkelsensor 103 gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Hubsensor sein, der an einem Auslegerzylinder befestigt ist. Darüber hinaus kann der Auslegerwinkelsensor 103 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Winkelsensor sein, der an einem Bolzen vorgesehen ist, der den Schwenkkörper 130 und den Ausleger 151 verbindet.
• Der Armwinkelsensor 104 erfasst einen Armwinkel, d. h. einen Drehwinkel des Arms 152 in Bezug auf den Ausleger 151. Der Armwinkelsensor 104 kann eine IMU sein, die an dem Arm 152 befestigt ist. In diesem Fall erfasst der Armwinkelsensor 104 einen Armwinkel, der auf einer Neigung des Arms 152 in Bezug auf die horizontale Ebene und auf dem vom Auslegerwinkelsensor 103 gemessenen Auslegerwinkel basiert. Der Messwert des Armwinkelsensors 104 zeigt Null an, wenn die Richtung einer durch ein proximales Ende und ein distales Ende des Arms 152 verlaufenden Geraden mit der Richtung der durch das proximale Ende und das distale Ende des Auslegers 151 verlaufenden Geraden übereinstimmt. Der Armwinkelsensor 104 gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Hubsensor sein, der an einem Armzylinder befestigt ist, um einen Winkel zu berechnen. Der Armwinkelsensor 104 kann ein Rotationssensor sein, der an einem Bolzen angebracht ist, der den Ausleger 151 und den Arm 152 verbindet.
• Der Löffelwinkelsensor 105 erfasst einen Löffelwinkel, d. h. einen Drehwinkel des Löffels 153 in Bezug auf den Arm 152. Der Löffelwinkelsensor 105 kann ein Hubsensor sein, der in einem Löffelzylinder zum Antrieb des Löffels 153 vorgesehen ist. In diesem Fall erfasst der Löffelwinkelsensor 105 einen Löffelwinkel auf der Grundlage eines Hubbetrags des Löffelzylinders. Der Messwert des Löffelwinkelsensors 105 zeigt Null an, wenn die Richtung einer Geraden, die durch ein proximales Ende und die Zähne des Löffels 153 verläuft, mit der Richtung der Geraden übereinstimmt, die durch das proximale Ende und das distale Ende des Arms 152 verläuft. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Löffelwinkelsensor 105 ein Winkelsensor sein, der auf einem Bolzen vorgesehen ist, der den Arm 152 und den Löffel 153 verbindet. Darüber hinaus kann der Löffelwinkelsensor 105 gemäß einer anderen Ausführungsform eine an dem Löffel 153 befestigte IMU sein.
• Der Nutzlastmesser 106 misst das Gewicht einer vom Löffel 153 gehaltenen Last. Der Nutzlastmesser 106 misst zum Beispiel den Bodendruck des Zylinders des Auslegers 151 und rechnet den gemessenen Druck in das Gewicht der Last um. Darüber hinaus kann der Nutzlastmesser 106 zum Beispiel eine Kraftmesszelle sein.
• «Konfiguration der Steuereinheit 190»
• 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuereinheit 190 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• Die Steuereinheit 190 ist ein Computer mit einem Prozessor 210, einem Hauptspeicher 230, einem Speicher 250 und einer Schnittstelle 270.
• Der Speicher 250 ist ein nichttransitorisches physisches Speichermedium. Beispielhafte Beispiele für den Speicher 250 sind Magnetplatten, optische Platten, magneto-optische Platten, Halbleiterspeicher und dergleichen. Der Speicher 250 kann ein internes Medium, das direkt mit einem Bus der Steuereinheit 190 verbunden ist, oder ein externes Medium, das über die Schnittstelle 270 oder eine Kommunikationsleitung mit der Steuereinheit 190 verbunden ist, sein. Der Speicher 250 speichert ein Programm zur Steuerung der Arbeitsmaschine 100.
• Das Programm kann dazu bestimmt sein, einige der von der Steuereinheit 190 auszuführenden Funktionen zu realisieren. Zum Beispiel kann das Programm die Funktionen in Kombination mit einem anderen Programm ausführen, das bereits im Speicher 250 gespeichert ist, oder in Kombination mit einem anderen Programm, das in einem anderen Gerät montiert ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuervorrichtung 190 zusätzlich zur obigen Konfiguration oder anstelle der obigen Konfiguration eine kundenspezifische großformatige integrierte Schaltung (LSI) wie eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) enthalten. Exemplarische Beispiele für die PLD umfassen eine programmierbare Array-Logik (PAL), eine generische Array-Logik (GAL), eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (CPLD) und ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA). In diesem Fall können einige oder alle vom Prozessor zu realisierenden Funktionen durch den integrierten Schaltkreis realisiert werden.
• Der Speicher 250 speichert Geometriedaten, die die Abmessungen und Schwerpunktpositionen des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130, des Auslegers 151, des Arms 152 und des Löffels 153 sowie die Gewichte des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130, des Auslegers 151, des Arms 152 und des Löffels 153 darstellen. Die Geometriedaten stellen die Position eines Objekts in einem vorgegebenen Koordinatensystem dar. Als Koordinatensystem gemäß der ersten Ausführungsform gibt es ein Weltkoordinatensystem und ein lokales Koordinatensystem. Das Weltkoordinatensystem ist ein orthogonales Koordinatensystem, das durch eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Z_w-Achse sowie eine X_w-Achse und eine Y_w-Achse, die orthogonal zur Z_w-Achse verlaufen, dargestellt wird. Das lokale Koordinatensystem ist ein orthogonales Koordinatensystem mit einem Bezugspunkt eines Objekts als Ursprung.
• Die Geometriedaten des Unterwagens 110 geben die Schwerpunktposition (_{xtb_com}, _{ytb_com}, _{ztb_com}) des Unterwagens 110 in einem Unterwagen-Koordinatensystem an, das ein lokales Koordinatensystem ist, sowie eine Länge L, eine Breite w und eine Höhe h der Raupenketten. Das Unterwagen-Koordinatensystem besteht aus einer X_tb-Achse, die sich in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung erstreckt, einer Y_tb-Achse, die sich in Links-/Rechtsrichtung erstreckt, und einer Z_tb-Achse, die sich in Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckt, wobei das Schwenkzentrum des Unterwagens 110 als Referenz dient.
• Die Geometriedaten des Schwenkkörpers 130 geben eine Position (x_bm, y_bm, z_bm) des Bolzens, der den Ausleger 151 des Schwenkkörpers 130 trägt, in einem Schwenkkörper-Koordinatensystem, das ein lokales Koordinatensystem ist, eine Position (x_tb, y_tb, z_tb) des Ursprungs des Unterwagen-Koordinatensystems und eine Schwerpunktposition (_{xsb_com}, _{ysb_com}, _{zsb_com}) des Schwenkkörpers 130 an. Das Schwenkkörper-Koordinatensystem besteht aus einer X_sb-Achse, die sich in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung erstreckt, einer Y_sb-Achse, die sich in Links-/Rechtsrichtung erstreckt, und einer Z_sb-Achse, die sich in Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckt, wobei das Schwenkzentrum des Schwenkkörpers 130 als Referenz dient.
• Die Geometriedaten des Auslegers 151 geben eine Position (x_am, y_am, z_am) des Bolzens, der den Arm 152 trägt, in einem Ausleger-Koordinatensystem, das ein lokales Koordinatensystem ist, sowie eine Schwerpunktposition (_{xbm_com}, _{ybm_com}, _{zbm_com}) des Auslegers 151 an. Das Ausleger-Koordinatensystem besteht aus einer X_bm-Achse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, einer Y_bm-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Bolzen erstreckt, wobei der Bolzen den Ausleger 151 und den Schwenkkörper 130 verbindet, und einer Z_bm-Achse, die orthogonal zur X_bm-Achse und Y_bm-Achse verläuft, wobei die Position des Bolzens als Referenz dient.
• Die Geometriedaten des Arms 152 geben eine Position (x_bk, y_bk, z_bk) des Bolzens, der den Löffel 153 trägt, in einem Armkoordinatensystem, das ein lokales Koordinatensystem ist, und eine Schwerpunktposition (_{xam_com}, _{yam_com}, _{zam_com}) des Arms 152 an. Das Armkoordinatensystem besteht aus einer X_am-Achse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, einer Y_am-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Bolzen erstreckt, wobei der Bolzen den Arm 152 und den Ausleger 151 verbindet, und einer Z_a- Achse, die orthogonal zu der X_am-Achse und der Y_am-Achse verläuft, wobei die Position des Bolzens als Referenz dient.
• Die Geometriedaten des Löffels 153 umfassen eine Zahnposition (x_ed, y_ed, z_ed) des Löffels 153 in einem Löffelkoordinatensystem, das ein lokales Koordinatensystem ist, eine Schwerpunktposition (_{xbk_com}, _{ybk_com}, _{zbk_com}) des Löffels 153 und eine Schwerpunktposition (_{xpl_com}, _{ypl_com}, _{zpl_com}) der Last. Das Koordinatensystem des Löffels besteht aus einer X_bk-Achse, die sich in Richtung der Zähne erstreckt, einer Y_bk-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Bolzen erstreckt, wobei der Bolzen den Löffel 153 und den Arm 152 verbindet, und einer Z_bk-Achse, die orthogonal zur X_bk-Achse und zur Y_bk-Achse verläuft, wobei die Position des Bolzens als Referenz dient.
• «Software-Konfiguration»
• Der Prozessor 210 dient als Erfassungseinheit 211, Positionsbestimmungseinheit 212, Schwerpunktberechnungseinheit 213, Energieberechnungseinheit 214, Normierungseinheit 215, Auswerteeinheit 216 und Ausgabeeinheit 217, indem er das Programm ausführt.
• Die Erfassungseinheit 211 erfasst die Messwerte des Neigungsdetektors 101, des Schwenkwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Löffelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106.
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 bestimmt eine Schwerpunktposition jedes Teils der Arbeitsmaschine 100 auf der Grundlage der verschiedenen Messwerte, die von der Erfassungseinheit 211 erfasst werden, und der im Speicher 250 aufgezeichneten Geometriedaten. Im Einzelnen gibt die Positionsbestimmungseinheit 212 die Schwerpunktpositionen des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130, des Auslegers 151, des Arms 152, des Löffels 153 und der Last im Weltkoordinatensystem in den folgenden Verfahren an.
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 erzeugt eine Schwenkkörper-Welt-Transformationsmatrix T^sb _w zur Transformation des Schwenkkörper-Koordinatensystems in das Welt-Koordinatensystem unter Verwendung der folgenden Gleichung (1), auf der Grundlage der Messwerte eines Nickwinkels θ_p und eines Rollwinkels θ_r, die von der Erfassungseinheit 211 erfasst wurden. Die Schwenkkörper-Welt-Transformationsmatrix T^sb _w wird durch das Produkt aus einer Rotationsmatrix, die eine Drehung um die Y_sb-Achse um den Nickwinkel θ_p bewirkt, und einer Rotationsmatrix, die eine Drehung um die X_sb-Achse um den Rollwinkel θ_r bewirkt, dargestellt.
  [Gleichung 1] $$T_w^{sb}=\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}{\theta }_p& 0& \text{sin}{\theta }_p& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -\text{sin}{\theta }_p& 0& \text{cos}{\theta }_p& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \text{cos}{\theta }_r& -\text{sin}{\theta }_r& 0\\ 0& \text{sin}{\theta }_r& \text{cos}{\theta }_r& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 erzeugt eine Unterwagen-Schwenkkörper-Transformationsmatrix T^tb _sb zur Transformation des Unterwagen-Koordinatensystems in das Schwenkkörper-Koordinatensystem unter Verwendung der folgenden Gleichung (2), auf der Grundlage des von der Erfassungseinheit 211 erfassten Messwertes eines Schwenkwinkels θ_s des Unterwagens 110 und des Schwenkkörpers 130 und auf den Geometriedaten des Schwenkkörpers 130. Die Unterwagen-Schwenkkörper-Transformationsmatrix T^tb _sb bewirkt eine Drehung um die Z_tb-Achse um den Nickwinkel θ_p und eine Parallelverschiebung um eine Abweichung (x_tb, y_tb, z_tb) zwischen dem Ursprung des Schwenkkörper-Koordinatensystems und dem Ursprung des Unterwagen-Koordinatensystems. Darüber hinaus erzeugt die Positionsbestimmungseinheit 212 eine Unterwagen-Welt-Transformationsmatrix T^tb _w zur Transformation des Unterwagen-Koordinatensystems in das Welt-Koordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Schwenkkörper-Welt-Transformationsmatrix T^sb _w und der Unterwagen-Schwenkkörper-Transformationsmatrix T^tb _sb bildet.
  [Gleichung 2] $$T_{sb}^{tb}=\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}{\theta }_s& -\text{sin}{\theta }_s& 0& x_{tb}\\ \text{sin}{\theta }_s& \text{cos}{\theta }_s& 0& y_{tb}\\ 0& 0& 1& z_{tb}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 erzeugt eine Ausleger-Schwenkkörper-Transformationsmatrix T^bm _sb zur Transformation des Ausleger-Koordinatensystems in das Schwenkkörper-Koordinatensystem unter Verwendung der folgenden Gleichung (3), auf der Grundlage des von der Erfassungseinheit 211 erfassten Messwertes eines Auslegerwinkels θ_bm und auf den Geometriedaten des Schwenkkörpers 130. Die Ausleger-Schwenkkörper-Transformationsmatrix (T^bm _sb) bewirkt eine Drehung um die Y_bm-Achse um den Auslegerwinkel θ_bm und bewirkt eine Parallelverschiebung um eine Abweichung (x_bm, y_bm, z_bm) zwischen dem Ursprung des Schwenkkörper-Koordinatensystems und dem Ursprung des Ausleger-Koordinatensystems. Darüber hinaus erzeugt die Positionsbestimmungseinheit 212 eine Ausleger-Welt-Transformationsmatrix T^bm _w zur Transformation vom Ausleger-Koordinatensystem in das Welt-Koordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Ausleger-Welt-Transformationsmatrix T^sb _w und der Ausleger-Schwenkkörper-Transformationsmatrix T^bm _sb bildet.
  [Gleichung 3] $$T_{sb}^{bm}=\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}{\theta }_{bm}& 0& \text{sin}{\theta }_{bm}& x_{bm}\\ 0& 1& 0& y_{bm}\\ -\text{sin}{\theta }_{bm}& 0& \text{cos}{\theta }_{bm}& z_{bm}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 erzeugt eine Arm-Ausleger-Transformationsmatrix T^am _bm zur Transformation vom Arm-Koordinatensystem in das Ausleger-Koordinatensystem unter Verwendung der folgenden Gleichung (4), auf der Grundlage des von der Erfassungseinheit 211 erfassten Messwertes eines Armwinkels θ_am und auf den Geometriedaten des Auslegers 151. Die Arm-Ausleger-Transformationsmatrix T^am _bm bewirkt eine Drehung um die Y_am-Achse um den Armwinkel θ_am und eine Parallelverschiebung um eine Abweichung (x_am, y_am, z_am) zwischen dem Ursprung des Ausleger-Koordinatensystems und dem Ursprung des Arm-Koordinatensystems. Zusätzlich erzeugt die Positionsbestimmungseinheit 212 eine Arm-Welt-Transformationsmatrix T^am _w zur Transformation vom Arm-Koordinatensystem in das Welt-Koordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Ausleger-Welt-Transformationsmatrix T^bm _w und der Arm-Ausleger-Transformationsmatrix T^am _bm bildet.
  [Gleichung 4] $$T_{bm}^{am}=\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}{\theta }_{am}& 0& \text{sin}{\theta }_{am}& x_{am}\\ 0& 1& 0& y_{am}\\ -\text{sin}{\theta }_{am}& 0& \text{cos}{\theta }_{am}& z_{am}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 erzeugt eine Löffel-Arm-Transformationsmatrix T^bk _am zur Transformation vom Löffel-Koordinatensystem in das Arm-Koordinatensystem unter Verwendung der folgenden Gleichung (5), auf der Grundlage des von der Erfassungseinheit 211 erfassten Messwertes eines Löffelwinkels θ_bk und auf den Geometriedaten des Arms 152. Die Löffel-Arm-Transformationsmatrix T^bk _am bewirkt eine Drehung um die Y_bk-Achse um den Löffelwinkel θ_bk und eine Parallelverschiebung um eine Abweichung (x_bk, y_bk, z_bk) zwischen dem Ursprung des Armkoordinatensystems und dem Ursprung des Löffelkoordinatensystems. Außerdem erzeugt die Positionsbestimmungseinheit 212 eine Löffel-Welt-Transformationsmatrix T^bk _w zur Transformation vom Löffel-Koordinatensystem in das Welt-Koordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Arm-Welt-Transformationsmatrix T^am _w und der Löffel-Arm-Transformationsmatrix T^bk _am bildet.
  [Gleichung 5] $$T_{am}^{bk}=\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}{\theta }_{bk}& 0& \text{sin}{\theta }_{bk}& x_{bk}\\ 0& 1& 0& y_{bk}\\ -\text{sin}{\theta }_{bk}& 0& \text{cos}{\theta }_{bk}& z_{bk}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Positionsbestimmungseinheit 212 transformiert die relative Position (_{xtb_com}, _{ytb_com}, _{ztb_com}) des Schwerpunkts des Unterwagens 110, die durch die Geometriedaten des Unterwagens 110 angegeben wird, in eine absolute Position ^Ttb_com _w unter Verwendung der Unterwagen-Welt-Transformationsmatrix T^tb _w. Die Positionsbestimmungseinheit 212 transformiert die relative Position (_{xsb_com}, _{ysb_com}, _{zsb_com}) des Schwerpunkts des Schwenkkörpers 130, die durch die Geometriedaten des Schwenkkörpers 130 angegeben ist, in eine absolute Position ^Tsb_com _w unter Verwendung der Schwenkkörper-Welt-Transformationsmatrix T^sb _w. Die Positionsbestimmungseinheit 212 transformiert die relative Position (_{xbm_com}, _{ybm_com}, _{zbm_com}) des Schwerpunkts des Auslegers 151, die durch die Geometriedaten des Auslegers 151 angegeben wird, in eine absolute Position ^Tbm_com _w unter Verwendung der Ausleger-Welt-Transformationsmatrix T^bm _w. Die Positionsbestimmungseinheit 212 transformiert die relative Position (_{xam_com}, _{yam_com}, _{zam_com}) des Schwerpunkts des Arms 152, die durch die Geometriedaten des Arms 152 angegeben wird, in eine absolute Position ^Tam_com _w unter Verwendung der Arm-Welt-Transformationsmatrix T^am _w. Die Positionsbestimmungseinheit 212 transformiert die relative Position (_{xbk_com}, _{ybk_com}, _{zbk_com}) _{des Schwerpunkts} des Löffels 153, die durch die Geometriedaten des Löffels 153 angegeben ist, in eine absolute Position ^Tbk_com _w unter Verwendung der Löffel-Welt-Transformationsmatrix T^bk _w. Die Positionsbestimmungseinheit 212 transformiert die durch die Geometriedaten des Löffels 153 angegebene relative Position (_{xpl_com}, _{ypl_com}, _{zpl_com}) des Lastschwerpunkts in eine absolute Position ^Tpl_com _w unter Verwendung der Löffel-Welt-Transformationsmatrix T^bk _w.
• Die Schwerpunktberechnungseinheit 213 berechnet eine Schwerpunktposition der gesamten Arbeitsmaschine 100 auf der Grundlage der Schwerpunktposition jedes von der Positionsbestimmungseinheit 212 angegebenen Teils und des Gewichts jedes Teils. Insbesondere erhält die Schwerpunktberechnungseinheit 213 eine affine Matrix T^com _w' unter Verwendung der folgenden Gleichung (6), auf der Grundlage eines Gewichts m_tb des Unterwagens 110, eines Gewichts m_sb des Schwenkkörpers 130, eines Gewichts m_bm des Auslegers 151, eines Gewichts m_am des Arms 152 und eines Gewichts m_bk des Löffels 153, die bereits bekannt sind, und eines Messwerts m_pl des Nutzlastmessers 106, und berechnet aus der affinen Matrix T^com _w' eine Schwerpunktlage T^com _w der gesamten Arbeitsmaschine 100.
  [Gleichung 6] $$\begin{array}{l}{T}_w^{com\text{'}}=\\ \frac{m_{tb}{T}_w^{tb\_com}+m_{sb}{T}_w^{sb\_com}+m_{bm}{T}_w^{bm\_com}+m_{am}{T}_w^{am\_com}+m_{bk}{T}_w^{bk\_com}+m_{pl}{T}_w^{pl\_com}}{m_{tb}+m_{sb}+m_{bm}+m_{am}+m_{bk}+m_{pl}}\end{array}$$

  
• Die Schwerpunktberechnungseinheit 213 bildet die 4 × 4 affine Matrix T^com _w', wie in der folgenden Gleichung (7) gezeigt, durch die Berechnung von Gleichung (6).
  [Gleichung 7] $$T_w^{com\text{'}}=\left[\begin{array}{cccc}a& b& c& x_{com}\\ d& e& f& y_{com}\\ g& h& i& z_{com}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Schwerpunktberechnungseinheit 213 berechnet die Schwerpunktposition T^com _w der gesamten Arbeitsmaschine 100 gemäß Gleichung (8), indem sie eine Translationskomponente der erhaltenen affinen Matrix T^com _w' extrahiert, und zwar durch Ersetzen einer Rotationskomponente der affinen Matrix T^com _w' durch eine Einheitsmatrix.
  [Gleichung 8] $$T_w^{com}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& x_{com}\\ 0& 1& 0& y_{com}\\ 0& 0& 1& z_{com}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$$

  
• Die Energieberechnungseinheit 214 berechnet eine Energiestabilitätsspanne, d.h. einen Energiebetrag, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine 100 zum Umstürzen zu bringen, für jede Drehachse auf der Grundlage der von der Schwerpunktberechnungseinheit 213 berechneten Schwerpunktposition. Die Energiestabilitätsspanne ist ein Betrag, der durch Gleichung (9) dargestellt wird. 3 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Energiestabilitätsspanne.
  [Gleichung 9] $$\begin{array}{c}E=QMg\\ Q=z_w^{r\_com}-z_w^{com}\end{array}$$

  
• Die Energiestabilitätsspanne ergibt sich aus der Differenz Q zwischen der Höhe z^com _w des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine 100 und der Höhe z^r_com _w des Schwerpunkts, wenn sich der Schwerpunkt der Arbeitsmaschine 100 direkt über einer Drehachse befindet, dem Gewicht M der Arbeitsmaschine 100 und der Gravitationsbeschleunigung g.
• Die Energieberechnungseinheit 214 ermittelt die Energiestabilitätsspanne mit jeder Seite des Stützrechtecks R als Drehachsen ax1 bis ax4, wobei das Stützrechteck R die Bodenkontaktpunkte des Unterwagens 110 umfasst.
• Im Falle der Betrachtung eines Rotationsachsen-Koordinatensystems, in dem eine Rotationsachse eine X_ax-Achse ist, eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Achse eine Z_ax-Achse ist, und eine zur X_ax-Achse und der Z_ax-Achse orthogonale Achse eine Y_ax-Achse ist, werden die Rotationsachsen-Welt-Transformationsmatrizen T^ax1 _w bis T^ax4 _w für die Transformation von dem Rotationsachsen-Koordinatensystem in das Welt-Koordinatensystem durch Gleichung (10) unter Verwendung der Länge L der Endlosketten des Unterwagens 110, der Höhe h der Endlosketten und der Breite w der Endlosketten dargestellt.
  [Gleichung 10] $$\begin{array}{l}{T}_w^{ax1}=T_w^{tb}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& -\frac{w}{2}\\ 0& 0& 1& -h\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\\ T_w^{ax2}=T_w^{tb}\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}\frac{\pi }{2}& -\text{sin}\frac{\pi }{2}& 0& \frac{L}{2}\\ \text{sin}\frac{\pi }{2}& \text{cos}\frac{\pi }{2}& 0& 0\\ 0& 0& 1& -h\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\\ T_w^{ax3}=T_w^{tb}\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}\pi & -\text{sin}\pi & 0& 0\\ \text{sin}\pi & cos\pi & 0& \frac{w}{2}\\ 0& 0& 1& -h\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\\ T_w^{ax4}=T_w^{tb}\left[\begin{array}{cccc}\text{cos}\frac{3\pi }{2}& -\text{sin}\frac{3\pi }{2}& 0& -\frac{L}{2}\\ \text{sin}\frac{3\pi }{2}& \text{cos}\frac{3\pi }{2}& 0& 0\\ 0& 0& 1& -h\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\end{array}$$

  
• Die Energieberechnungseinheit 214 berechnet einen Neigungswinkel θ^gnd _ax um eine Drehachse ax der Bodenoberfläche, basierend auf der durch Gleichung (10) erhaltenen Drehachsen-Welt-Transformationsmatrix T^ax _w. Darüber hinaus berechnet die Energieberechnungseinheit 214 eine relative Position T^com _ax des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine 100 im Rotationsachsen-Koordinatensystem, indem sie das Produkt einer inversen Matrix der Rotationsachsen-Welt-Transformationsmatrix T^ax _w und der Schwerpunktposition T^com _w der gesamten Arbeitsmaschine 100 erhält. Wie in Gleichung (11) gezeigt, berechnet die Energieberechnungseinheit 214 einen Elevationswinkel θ^com _ax des Schwerpunkts von der Rotationsachse aus gesehen, basierend auf einer Z_ax-Achsen-Transiationskomponente z^com _ax und einer Y_axAchsen-Translationskomponente y^com _ax der relativen Position T^com _ax des Schwerpunkts.
  [Gleichung 11] $${\theta }_{ax}^{com}=\text{atan }2\left(y_{ax}^{com},z_{ax}^{com}\right)$$

  
• Die Funktion atan2 (x, y) in Gleichung (11) wird verwendet, um einen Abweichungswinkel einer Position (x, y) im orthogonalen Koordinatensystem zu berechnen.
• Wie in Gleichung (12) dargestellt, berechnet die Energieberechnungseinheit 214 einen Drehwinkel θ^sup _ax, der erforderlich ist, um den Schwerpunkt der gesamten Arbeitsmaschine 100 direkt über der Drehachse zu positionieren, und zwar auf der Grundlage des Neigungswinkels θ^gnd _ax und des Höhenwinkels θ^com _ax des Schwerpunkts.
  [Gleichung 12] $${\theta }_{ax}^{\text{sup}}=\frac{\pi }{2}-{\theta }_{ax}^{gnd}-{\theta }_{ax}^{com}$$

  
• Wie in Gleichung (13) gezeigt, berechnet die Energieberechnungseinheit 214 eine absolute Position T^r_com _w des Schwerpunkts der Gesamtheit der Arbeitsmaschine 100, wenn die Arbeitsmaschine 100 um den Drehwinkel θ^sup _ax gedreht wird, basierend auf der relativen Position T^com _ax des Schwerpunkts, dem Drehwinkel θ^sup _ax und der Drehachsen-Welt-Transformationsmatrix T^ax _w.
  [Gleichung 13] $$T_w^{r\_com}=T_w^{ax}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \text{cos}{\theta }_{ax}^{\text{sup}}& -\text{sin}{\theta }_{ax}^{\text{sup}}& 0\\ 0& \text{sin}{\theta }_{ax}^{\text{sup}}& \text{cos}{\theta }_{ax}^{\text{sup}}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]T_{ax}^{com}$$

  
• Die Energieberechnungseinheit 214 berechnet eine Differenz Q zwischen einer Translationskomponente z^r_com _w der Z_w-Achse der absoluten Position T^r_com _w des Schwerpunkts nach der Rotation und einer Translationskomponente z^com _w der Z_w-Achse der absoluten Position T^com _w des Schwerpunkts vor der Rotation als Energiestabilitätsspanne. Die hier ermittelte Energiestabilitätsspanne ist gleich der auf die Längeneinheit normalisierten Energie. Wie in Gleichung (7) gezeigt, erhält man eine nicht normalisierte Energiestabilitätsmarge, indem man die Differenz Q in der Translationskomponente der Z_w-Achse zwischen der absoluten Position T^r_com _w des Schwerpunkts nach der Drehung und der absoluten Position T^com _w des Schwerpunkts vor der Drehung mit dem Gewicht der Arbeitsmaschine 100 und der Gravitationsbeschleunigung multipliziert. Die Berechnung der Differenz Q in der Translationskomponente der Z_w-Achse zwischen der absoluten Position T^r_com _w des Schwerpunkts nach der Drehung und der absoluten Position T^com _w des Schwerpunkts vor der Drehung ist daher gleich der Berechnung der Energiestabilitätsspanne.
• Die Normierungseinheit 215 erhält eine normalisierte Spanne (normalisierter Wert), indem sie die von der Energieberechnungseinheit 214 berechnete Energiestabilitätsspanne durch die Länge einer anderen Seite, die orthogonal zu der mit der Rotationsachse verbundenen Seite ist, dividiert. Die normalisierte Spanne ist ein dimensionsloser Betrag und gibt den Grad der Annäherung an den Zustand an, in dem die Arbeitsmaschine 100 in Bezug auf die Drehung um die Drehachse am stabilsten ist. Beispielsweise erhält die Normierungseinheit 215 eine normalisierte Spanne, indem sie eine Energiestabilitätsspanne beim Drehen um ein Seitenende der Endloskette (um die Drehachse ax2 oder ax4) durch die Breite w der Endlosketten dividiert. Darüber hinaus erhält die Normierungseinheit 215 beispielsweise eine normalisierte Spanne, indem sie eine Energiestabilitätsspanne beim Drehen um eine Gerade, die die vorderen oder hinteren Enden des Paares von Endlosketten (um die Drehachse ax1 oder ax3) verbindet, durch die Länge L der Endlosketten dividiert.
• 4 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Energiestabilitätsspanne und der Energiestabilitätsspanne und der Schwerpunktposition zeigt. Wie in 4 gezeigt, ist die durch Gleichung (7) berechnete Energiestabilitätsspanne umso höher, je niedriger die Schwerpunktposition ist, und je weiter der Abstand zwischen der Drehachse und dem Schwerpunkt ist, desto höher ist die Energiestabilitätsspanne. Die Energiestabilitätsspanne, die die Arbeitsmaschine 100 für eine bestimmte Drehachse einnimmt, ist nämlich dann am größten, wenn sich der Schwerpunkt auf dem Stützrechteck R und an einem Punkt befindet, der am weitesten von der Drehachse entfernt ist. Daher kann die Energiestabilitätsspanne dimensionslos gemacht werden, indem die von der Energieberechnungseinheit 214 berechnete Energiestabilitätsspanne durch die Länge einer anderen Seite geteilt wird, die orthogonal zu der mit der Drehachse verbundenen Seite ist.
• Die Auswerteeinheit 216 bewertet das Sturzrisiko der Arbeitsmaschine 100 auf der Basis der von der Normierungseinheit 215 berechneten normalisierten Spanne. Insbesondere stellt die Auswerteeinheit 216 fest, ob die Größe der normalisierten Spanne für jede Drehachse größer als ein Schwellenwert ist oder nicht. Veranschaulichende Beispiele für den Schwellenwert sind ein Vorwarnschwellenwert th_c und ein Warnschwellenwert th_w. Der Vorwarnschwellenwert th_c ist jedoch größer als der Warnschwellenwert th_w. Darüber hinaus ist jeder Schwellenwert größer als 0 und kleiner als 1.
• Die Ausgabeeinheit 217 erzeugt auf der Grundlage des Auswertungsergebnisses der Auswerteeinheit 216 ein Zeichen, das das Sturzrisiko der Arbeitsmaschine anzeigt und auf einer Anzeigevorrichtung der Warnvorrichtung angezeigt wird. 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Sturzgefahrenzeichen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Ein Symbol I1 des Unterwagens 110, ein Symbol I2 des Schwenkkörpers 130 und eine Vielzahl von Anzeigemarkierungen I3 werden auf dem Sturzrisikozeichen angezeigt. Das Symbol I2 des Schwenkkörpers 130 wird immer mit der Vorderfläche (Vorderseite) nach oben dargestellt. Das Symbol I1 des Unterwagens 110 wird gemäß dem Schwenkwinkel θ_s geneigt dargestellt. Die mehreren Anzeigemarkierungen I3 werden so angezeigt, dass sie das Symbol I2 des Schwenkkörpers 130 umgeben. In dem in 5 gezeigten Beispiel sind auf dem Sturzgefahrzeichen 12 Anzeigemarkierungen I3 in gleichen Abständen auf einem Kreis angeordnet, der auf dem Symbol I2 zentriert ist. Die Anzeigemarkierung I3 zeigt den Schweregrad des Sturzrisikos in einer durch die Anzeigemarkierung I3 angezeigten Richtung an, indem sie ihre Farbe ändert. Zum Beispiel wird die Anzeigemarkierung I3 gelb, wenn das Sturzrisiko eine Vorwarnstufe ist, und rot, wenn das Sturzrisiko eine Warnstufe ist.
• Die Ausgabeeinheit 217 gibt das Auswertungsergebnis der Auswerteeinheit 216 an die Alarmvorrichtung aus. Die Ausgabeeinheit 217 gibt das erzeugte Zeichen, das die Sturzgefahr der Arbeitsmaschine anzeigt, an die Alarmvorrichtung aus. Darüber hinaus gibt die Ausgabeeinheit 217, wenn die normalisierte Spanne für mindestens eine Drehachse für eine bestimmte Zeitspanne oder länger unter dem Warnschwellenwert liegt, eine Anweisung zur Ausgabe eines Warnsignals an die Warnvorrichtung aus.
• «Bedienung der Steuereinheit 190»
• 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Steuereinheit 190 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• Wenn die Steuereinheit 190 gestartet wird und das Programm ausführt, werden in regelmäßigen Zeitabständen folgende Vorgänge ausgeführt.
• Die Erfassungseinheit 211 erfasst Messwerte vom Neigungsdetektor 101, vom Schwenkwinkelsensor 102, vom Auslegerwinkelsensor 103, vom Armwinkelsensor 104, vom Löffelwinkelsensor 105 und vom Nutzlastmesser 106 (Schritt S1). Die Positionsbestimmungseinheit 212 bestimmt die absoluten Positionen der Schwerpunkte des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130, des Auslegers 151, des Arms 152, des Löffels 153 und der Last auf der Grundlage der verschiedenen in Schritt S1 erfassten Messwerte und der im Speicher 250 gespeicherten Geometriedaten (Schritt S2).
• Die Schwerpunktberechnungseinheit 213 berechnet eine absolute Position T^com _w des Schwerpunkts der gesamten Arbeitsmaschine 100 auf der Grundlage der absoluten Position des Schwerpunkts für jedes in Schritt S2 angegebene Teil und des im Speicher 250 aufgezeichneten Gewichts jedes Teils (Schritt S3). Die Energieberechnungseinheit 214 berechnet auf der Grundlage der in Schritt S3 berechneten Schwerpunktpositionen für jede Seite des Stützrechtecks R der Arbeitsmaschine 100 eine Höhe Q, die der Energiestabilitätsspanne entspricht, d. h. einem Energiebetrag, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine 100 zum Umstürzen zu bringen (Schritt S4).
• Die Normierungseinheit 215 erhält eine dimensionslose normalisierte Spanne, indem sie die in Schritt S4 berechnete Höhe Q durch die Länge einer anderen Seite, die orthogonal zu der mit der Drehachse verbundenen Seite ist, teilt (Schritt S5). Die Auswerteeinheit 216 vergleicht die in Schritt S5 berechnete normalisierte Spanne für jede Seite mit dem Vorwarnschwellenwert th_c und dem Warnschwellenwert th_w (Schritt S6).
• Die Ausgabeeinheit 217 bestimmt einen Winkel des Symbols I1 des Unterwagens 110 auf dem Sturzgefahrenzeichen auf der Grundlage des Messwertes des Schwenkwinkelsensors 102, der in Schritt S1 (Schritt S7) erfasst wurde. Darüber hinaus bestimmt die Ausgabeeinheit 217 eine Farbe jeder der Anzeigemarkierungen I3 auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses in Schritt S6 (Schritt S8). Insbesondere werden die Farben der Anzeigemarkierung I3, die der Seite zugewandt ist, die als Drehachse dient, und der Anzeigemarkierung I3, die auf beiden Seiten der Anzeigemarkierung I3 benachbart sind, auf Farben festgelegt, die dem Vergleichsergebnis der normalisierten Spanne in Bezug auf die Drehachse entsprechen.
• Die Ausgabeeinheit 217 gibt eine Anweisung zur Anzeige des erzeugten Sturzgefahrenzeichens an die Warnvorrichtung aus (Schritt S9). Darüber hinaus bestimmt die Ausgabeeinheit 217, ob der normalisierte Spanne für mindestens eine Drehachse für eine bestimmte Zeitspanne oder länger kleiner als der Warnschwellenwert th_w ist oder nicht, basierend auf dem Vergleichsergebnis in Schritt S6 (Schritt S10). Wenn die normalisierte Spanne für mindestens eine Drehachse für eine bestimmte Zeitspanne oder länger kleiner als der Warnschwellenwert th_w ist (Schritt S10: JA), gibt die Ausgabeeinheit 217 eine Anweisung zur Ausgabe eines Warntons an die Warnvorrichtung aus (Schritt S11).
• «Funktionsweise und Auswirkungen»
• Wie zuvor beschrieben, bewertet die Steuereinheit 190 gemäß der ersten Ausführungsform die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine 100 für jede Seite des Stützrechtecks R, das durch die konvexe Hülle in Bezug auf die Bodenkontaktpunkte der Arbeitsmaschine 100 dargestellt wird, basierend auf der Energiestabilitätsspanne der Arbeitsmaschine 100, wenn die Seite als Drehachse dient, und auf der Länge der Seite des Stützrechtecks R. Dementsprechend kann die Steuereinheit 190 die Möglichkeit eines Sturzes in jeder Sturzrichtung bewerten, in der eine Möglichkeit eines Sturzes aufgrund eines Schwenkvorgangs besteht.
• Selbst wenn die konvexe Hülle, die sich auf die Bodenkontaktpunkte der Arbeitsmaschine 100 bezieht, keine rechteckige Form hat, kann die Steuereinheit 190 gemäß einer anderen Ausführungsform die Möglichkeit eines Sturzes auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform bewerten, indem sie den längsten Abstand unter den Abständen von der Drehachse zu einer Vielzahl von Scheitelpunkten der konvexen Hülle verwendet.
• Darüber hinaus berechnet die Steuereinheit 190 gemäß der ersten Ausführungsform eine normalisierte Spanne, indem sie die Energiestabilitätsspanne durch die Länge der Seite des Stützrechtecks R dividiert. Dementsprechend kann die Steuereinheit 190 die Möglichkeit eines Sturzes für jede Seite auf der Grundlage derselben Schwellenwerte (des Vorwarnschwellenwerts und des Warnschwellenwerts) bewerten. Da es sich bei der normalisierten Spanne um eine dimensionslose Größe handelt, kann die Steuereinheit 190 unabhängig von den individuellen Unterschieden der Arbeitsmaschine 100 eine Bewertung anhand der gleichen Schwellenwerte vornehmen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit 190 eine nicht normalisierte Energiestabilitätsspanne bewerten, indem sie Schwellenwerte verwendet, die durch Multiplikation der Länge der Seite des Stützrechtecks R erhalten werden.
• <Zweite Ausführungsform>
• 7 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuereinheit 190 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
• Die Steuereinheit 190 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Begrenzungseinheit 218 anstelle der Ausgabeeinheit 217 der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus muss die Auswerteeinheit 216 gemäß der zweiten Ausführungsform kein Sturzgefahrenzeichen erzeugen.
• Die Begrenzungseinheit 218 begrenzt den Betrieb des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130 und des Anbaugeräts 150 auf der Grundlage eines Auswertungsergebnisses der Auswerteeinheit 216. Beispielsweise stoppt die Begrenzungseinheit 218 den Unterwagen 110, den Schwenkkörper 130 und das Anbaugerät 150, wenn die normalisierte Spanne für eine bestimmte Zeitspanne oder länger unter dem Warnschwellenwert th_w liegt. Dementsprechend kann die Steuereinheit 190 die durch den Betrieb der Arbeitsmaschine 100 verursachte Sturzgefahr verringern.
• Die Begrenzungseinheit 218 gemäß einer anderen Ausführungsform kann den Betrieb begrenzen, indem sie die Betriebsgeschwindigkeiten reduziert, anstatt den Unterwagen 110, den Schwenkkörper 130 und das Anbaugerät 150 zu stoppen. Darüber hinaus kann die Begrenzungseinheit 218 gemäß einer anderen Ausführungsform den Betrieb des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130 oder des Anbaugeräts 150 oder zwei davon begrenzen. In diesem Fall, wenn ein bewegliches Teil, das nicht begrenzt ist, betätigt wird, um die Haltung der Arbeitsmaschine 100 so zu ändern, dass die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine 100 verringert wird, und somit die normalisierte Spanne der Warnschwellenwert thw oder mehr wird, gibt die Begrenzungseinheit 218 die Betriebsbegrenzung frei.
• <Andere Ausführungsformen>
• Die Ausführungsformen wurden zuvor detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; die spezifischen Konfigurationen sind jedoch nicht auf die zuvor beschriebenen Konfigurationen beschränkt, und es können verschiedene Konstruktionsänderungen und dergleichen vorgenommen werden. Insbesondere kann in einer anderen Ausführungsform die Reihenfolge der zuvor beschriebenen Verfahren in geeigneter Weise geändert werden. Darüber hinaus können einige der Prozesse parallel ausgeführt werden.
• Die Steuereinheit 190 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann aus einem einzigen Computer bestehen, oder die Konfigurationen der Steuereinheit 190 können aufgeteilt und in einer Vielzahl von Computern angeordnet sein, und die Vielzahl von Computern kann miteinander zusammenarbeiten, um als die Steuereinheit 190 zu arbeiten. Dabei können einige Computer, die die Steuereinheit 190 bilden, innerhalb der Arbeitsmaschine 100 angebracht sein, und die anderen Computer können außerhalb der Arbeitsmaschine 100 vorgesehen sein.
• Die Arbeitsmaschine 100 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst einen Lautsprecher und eine Anzeigevorrichtung als Warnvorrichtung; in einer anderen Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine 100 jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt und kann auch nur den Lautsprecher oder die Anzeigevorrichtung umfassen. Darüber hinaus ist die Warnvorrichtung nicht auf den Lautsprecher und die Anzeigevorrichtung beschränkt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann es sich bei der Warnvorrichtung beispielsweise um einen Aktuator handeln, der in der Bedienvorrichtung vorgesehen ist. Der Aktuator kann den Bediener warnen, indem er eine Reaktionskraft gegen eine Betätigung der Bedienvorrichtung durch den Bediener ausübt. Darüber hinaus kann der Aktuator den Bediener warnen, indem er Vibrationen in der Bedienvorrichtung erzeugt.
• Die Arbeitsmaschine 100 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist ein Hydraulikbagger, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Radlader oder dergleichen sein, der anstelle von Raupenketten Reifen aufweist. Darüber hinaus muss die Arbeitsmaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform keine Fahrfunktion aufweisen. In einer anderen Ausführungsform muss das Stützpolygon auch kein Rechteck sein. Darüber hinaus kann die Arbeitsmaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform eine andere Befestigungsvorrichtung als den Löffel 153 aufweisen, wie z. B. einen Greifer, einen Brecher oder einen Zerkleinerer.
• [Industrielle Anwendbarkeit]
• Gemäß den oben genannten Aspekten kann die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine unter Berücksichtigung einer Beziehung zwischen einem Schwenkvorgang und einer Sturzrichtung bewertet werden.
• [Bezugszeichenliste]

100

Arbeitsmaschine

101

Neigungsdetektor

102

Drehwinkelsensor

103

Auslegerwinkelsensor

104

Armwinkelsensor

105

Löffelwinkelsensor

106

Nutzlastmesser

110

Unterwagen

130

Schwenkkörper

150

Anbaugerät

151

Ausleger

152

Arm

153

Löffel

170

Kabine

190

Steuereinheit

210

Prozessor

211

Erfassungseinheit

212

Positionsbestimmungseinheit

213

Schwerpunktberechnungseinheit

214

Energieberechnungseinheit

215

Normalisierungseinheit

216

Auswerteeinheit

217

Ausgabeeinheit

218

Begrenzungseinheit

230

Hauptspeicher

250

Speicher

270

Schnittstelle

• 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 2021036156 [0002]
• WO 2011148946 [0004]

Claims (10)

1. Sturzbewertungssystem für eine Arbeitsmaschine mit einem Anbaugerät, wobei das System umfasst: einen Prozessor, wobei der Prozessor umfasst eine Energieberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Energiebetrag für jede einer Vielzahl von Seiten eines Stützpolygons der Arbeitsmaschine berechnet, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als eine Drehachse dient, und eine Auswerteeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage der berechneten Energiemenge für jede der Seiten die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine bewertet.
2. Sturzbewertungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner eine Schwerpunktberechnungseinheit enthält, die so konfiguriert ist, dass sie eine Schwerpunktposition der Arbeitsmaschine berechnet, und die Energieberechnungseinheit die Energiemenge berechnet, die erforderlich ist, um ausgehend von der Schwerpunktlage der Arbeitsmaschine die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen.
3. Sturzbewertungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinheit die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine auf der Grundlage einer längsten Entfernung unter den Entfernungen von der Seite des Stützpolygons, die durch eine konvexe Hülle in Bezug auf Bodenkontaktpunkte dargestellt wird, zu einer Vielzahl von Scheitelpunkten der konvexen Hülle bewertet.
4. Sturzbewertungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Stützpolygon ein Rechteck ist, und die Auswerteeinheit die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine auf der Grundlage der Energiemenge für jede der Seiten und einer Länge einer zur Seite orthogonalen Seite bewertet.
5. Sturzbewertungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Auswerteeinheit die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine durch Vergleichen eines normalisierten Wertes mit einem Schwellenwert auswertet, wobei der normalisierte Wert durch Dividieren des Energiebetrags für jede der Seiten des Stützpolygons, das durch eine konvexe Hülle in Bezug auf Bodenkontaktpunkte dargestellt wird, durch einen längsten Abstand unter den Abständen von der Seite zu einer Vielzahl von Scheitelpunkten der konvexen Hülle erhalten wird.
6. Sturzbewertungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: eine Anzeigevorrichtung, wobei der Prozessor ferner eine Ausgabeeinheit umfasst, und die Ausgabeeinheit ein Zeichen erzeugt, das ein Sturzrisiko der Arbeitsmaschine anzeigt, basierend auf einem Auswertungsergebnis der Auswerteeinheit über die Möglichkeit des Sturzes, und das Zeichen an die Anzeigevorrichtung ausgibt.
7. Sturzbewertungssystem gemäß Anspruch 6, wobei das Zeichen ein Symbol, das ein Erscheinungsbild der Arbeitsmaschine darstellt, und eine Vielzahl von Anzeigemarkierungen, die so vorgesehen sind, dass sie einen Umfang des Symbols umgeben, enthält, und die Ausgabeeinheit einen Modus der Anzeigemarkierung unter der Vielzahl von Anzeigemarkierungen, die an einer Position vorgesehen ist, die der Seite entspricht, für die die Wahrscheinlichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine durch die Auswerteeinheit als hoch bestimmt wird, so einstellt, dass sie sich von den Modi der anderen Anzeigemarkierungen unterscheidet.
8. Sturzbewertungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Prozessor eine Begrenzungseinheit enthält, die konfiguriert ist, um einen Betrieb der Arbeitsmaschine zu begrenzen, wenn ein Auswertungsergebnis über die Möglichkeit des Sturzes anzeigt, dass die Möglichkeit des Sturzes hoch ist.
9. Verfahren zur Sturzbewertung, umfassend: einen Schritt zum Berechnen eines Energiebetrags für jede von mehreren Seiten eines Stützpolygons einer Arbeitsmaschine, die ein Anbaugerät enthält, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als Drehachse dient; und einen Schritt zur Bewertung der Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des berechneten Energiebetrags für jede der Seiten.
10. Arbeitsmaschine, umfassend: einen Unterwagen; einen Schwenkkörper, der drehbar auf dem Unterwagen gelagert ist; ein Anbaugerät, das am Schwenkkörper befestigt ist; und einen Prozessor, wobei der Prozessor Folgendes umfasst eine Einheit zur Berechnung der Schwerpunktposition, die so konfiguriert ist, dass sie eine Schwerpunktposition der Arbeitsmaschine berechnet, eine Energieberechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Energiebetrag für jede einer Vielzahl von Seiten eines Stützpolygons des Unterwagens auf der Grundlage der Schwerpunktposition der Arbeitsmaschine berechnet, wobei der Energiebetrag ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Arbeitsmaschine zum Umstürzen zu bringen, wenn die Seite als eine Rotationsachse dient, und eine Auswerteeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage des berechneten Energiebetrags für jede der Seiten die Möglichkeit eines Sturzes der Arbeitsmaschine bewertet.

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