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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Positionsschätzsystem, eine Positionsschätzeinheit, eine Arbeitsmaschine und eine Verlängerungseinheit.
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HINTERGRUNDTECHNOLOGIE
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Es ist eine Technologie zur Berechnung der Position der Schneidkante einer Schaufel in einer Arbeitsmaschine mit einem Arbeitsgerät bekannt. Beispielsweise umfasst eine in der Patentschrift 1 beschriebene Arbeitsmaschine einen Fahrzeugkörper und ein Arbeitsgerät. Um die Position des Fahrzeugkörpers zu detektieren, ist an dem Fahrzeugkörper beispielsweise eine Antenne für ein GNSS (Global Navigation Satellite System) angebracht. Außerdem ist beispielsweise eine IMU (Inertial Measurement Unit) in dem Fahrzeugkörper angeordnet. Die IMU detektiert den Rollwinkel, den Neigungswinkel usw. des Fahrzeugkörpers. Das Arbeitsgerät enthält einen Ausleger, einen Arm, eine Schaufel und Hydraulikzylinder zum Antrieb der Komponenten. Eine Steuerung für die Arbeitsmaschine berechnet die Position der Schneidkante der Schaufel auf der Grundlage der Position und Stellung des Fahrzeugkörpers, der Abmessungen der Komponenten des Arbeitsgeräts, der Schwenkwinkel der Komponenten des Arbeitsgeräts usw.
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In der Patentliteratur 1 wird beschrieben, dass zur Detektion der Schwenkwinkel der Komponenten des Arbeitsgeräts jeweils Winkelsensoren an Schwenkbereichen des Arbeitsgeräts angebracht sind.
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Wenn außerdem ein Verlängerungsarm an der Arbeitsmaschine angebracht wird, um den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine zu erweitern, wird die Position der Schneidkante der Schaufel auf der Grundlage einer Korrektur berechnet, die durch Eingabe der Abmessungen der Komponenten des Verlängerungsarms erfolgt.
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ZITATLISTE
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Nationale Wiederveröffentlichung der internationalen PCT-Anmeldung Nr.
WO2016/056676 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Doch selbst wenn eine solche Arbeit wie das Baggern von der Arbeitsmaschine durchgeführt wird, an der der Verlängerungsarm angebracht ist, wenn die Winkelsensoren an der Schaufel und einem Schaufelstift angebracht sind, besteht die Möglichkeit, dass die an den Winkelsensoren angebrachten Abschnitte untergetaucht werden; daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Winkelsensoren beschädigt oder zerbrochen werden, und daher wurde verlangt, dass sie stark geschützt werden, damit sie nicht beschädigt oder zerbrochen werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Positionsschätzsystem, eine Positionsschätzeinheit, eine Arbeitsmaschine und eine Verlängerungseinheit vorzusehen, deren Beeinträchtigung durch Arbeiten unwahrscheinlich wird.
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Lösung des Problems
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Ein Positionsschätzsystem gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Positionsschätzsystem, das Information bezüglich einer Position einer Schaufel einer Arbeitsmaschine schätzt und einen ersten Positionsdetektor und eine Steuerung umfasst. Dabei umfasst die Arbeitsmaschine einen Arbeitsmaschinenkörper, ein erstes Arbeitsgerät und ein zweites Arbeitsgerät. Das erste Arbeitsgerät umfasst einen Arm, die Schaufel und einen Schaufelzylinder, der die Schaufel antreibt, und ist in Bezug auf den Arbeitsmaschinenkörper schwenkbar. Das zweite Arbeitsgerät umfasst einen Kopplungsmechanismus, der den Antrieb des Schaufelzylinders auf die Schaufel überträgt, und ist am Arm und an der Schaufel in einer dazwischen liegenden Position anbringbar. Der erste Stellungsdetektor kann im Kopplungsmechanismus angeordnet sein. Die Steuerung schätzt Information bezüglich der Position der Schaufel in Bezug auf die Arbeitsmaschine auf der Grundlage von Daten bezüglich einer Form des ersten Arbeitsgeräts, Daten bezüglich einer Form des zweiten Arbeitsgeräts, Information bezüglich einer Stellung des ersten Arbeitsgeräts und eines von dem ersten Stellungsdetektor detektierten Werts. Das zweite Arbeitsgerät enthält ein Verlängerungsteil. Das Verlängerungsteil umfasst einen ersten Endabschnitt, der mit der Schaufel verbindbar ist, und einen zweiten Endabschnitt, der mit dem Arm verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus umfasst ein erstes Kopplungsteil, ein zweites Kopplungsteil und ein drittes Kopplungsteil. Das erste Kopplungsteil ist über einen ersten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen zweiten Koppelabschnitt mit einem mit der Schaufel verbundenen Schaufelkopplungsteil verbindbar. Das zweite Kopplungsteil ist über den zweiten Koppelabschnitt mit dem ersten Kopplungsteil verbunden und erstreckt sich in Richtung einer Seite des zweiten Endabschnitts. Das dritte Kopplungsteil ist näher am zweiten Endabschnitt als das erste Kopplungsteil angeordnet, ist über einen dritten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen vierten Koppelabschnitt mit dem zweiten Kopplungsteil verbunden.
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Eine Positionsschätzeinheit gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Positionsschätzeinheit, die Information bezüglich einer Position einer Schaufel einer Arbeitsmaschine schätzt und einen ersten Stellungsdetektor und eine Detektorsteuerung umfasst. Hier umfasst die Arbeitsmaschine einen Arbeitsmaschinenkörper, ein erstes Arbeitsgerät und ein zweites Arbeitsgerät. Das erste Arbeitsgerät umfasst einen Arm, die Schaufel und einen Schaufelzylinder, der die Schaufel antreibt, und ist in Bezug auf den Arbeitsmaschinenkörper schwenkbar. Das zweite Arbeitsgerät umfasst einen Kopplungsmechanismus, der den Antrieb des Schaufelzylinders auf die Schaufel überträgt und am Arm und an der Schaufel in einer dazwischen liegenden Position anbringbar ist. Der erste Stellungsdetektor kann im Kopplungsmechanismus angeordnet werden. Die Detektorsteuerung erhält einen Wert, der von dem ersten Stellungsdetektor detektiert wird, und überträgt Information auf der Grundlage des von dem ersten Stellungsdetektor detektierten Werts an den Arbeitsmaschinenkörper. Das zweite Arbeitsgerät umfasst ein Verlängerungsteil. Das Verlängerungsteil umfasst einen ersten Endabschnitt, der mit der Schaufel verbindbar ist, und einen zweiten Endabschnitt, der mit dem Arm verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus umfasst ein erstes Kopplungsteil, ein zweites Kopplungsteil und ein drittes Kopplungsteil. Das erste Kopplungsteil ist über einen ersten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen zweiten Koppelabschnitt mit einem mit der Schaufel verbundenen Schaufelkopplungsteil verbindbar. Das zweite Kopplungsteil ist über den zweiten Koppelabschnitt mit dem ersten Kopplungsteil verbunden und erstreckt sich in Richtung einer Seite des zweiten Endabschnitts. Das dritte Kopplungsteil ist näher am zweiten Endabschnitt als das erste Kopplungsteil angeordnet, ist über einen dritten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen vierten Koppelabschnitt mit dem zweiten Kopplungsteil verbunden.
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Eine Arbeitsmaschine gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Arbeitsmaschinenkörper, ein erstes Arbeitsgerät, ein zweites Arbeitsgerät, einen ersten Stellungsdetektor und eine Steuerung. Das erste Arbeitsgerät umfasst einen Arm, eine Schaufel und einen die Schaufel antreibenden Schaufelzylinder, und ist in Bezug auf den Arbeitsmaschinenkörper schwenkbar. Das zweite Arbeitsgerät umfasst einen Kopplungsmechanismus, der den Antrieb des Schaufelzylinders auf die Schaufel überträgt, und ist am Arm und an der Schaufel in einer dazwischen liegenden Position anbringbar. Der erste Stellungsdetektor ist im Kopplungsmechanismus angeordnet. Die Steuerung schätzt Information bezüglich einer Position der Schaufel in Bezug auf den Arbeitsmaschinenkörper auf der Grundlage von Daten bezüglich einer Form des ersten Arbeitsgeräts, Daten bezüglich einer Form des zweiten Arbeitsgeräts, Information bezüglich einer Stellung des ersten Arbeitsgeräts und eines vom ersten Stellungsdetektor detektierten Werts. Das zweite Arbeitsgerät enthält ein Verlängerungsteil. Das Verlängerungsteil umfasst einen ersten Endabschnitt, der mit der Schaufel verbindbar ist, und einen zweiten Endabschnitt, der mit dem Arm verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus umfasst ein erstes Kopplungsteil, ein zweites Kopplungsteil und ein drittes Kopplungsteil. Das erste Kopplungsteil ist über einen ersten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen zweiten Koppelabschnitt mit einem mit der Schaufel verbundenen Schaufelkopplungsteil verbindbar. Das zweite Kopplungsteil ist über den zweiten Koppelabschnitt mit dem ersten Kopplungsteil verbunden und erstreckt sich in Richtung einer Seite des zweiten Endabschnitts. Das dritte Kopplungsteil ist näher am zweiten Endabschnitt als das erste Kopplungsteil angeordnet, ist über einen dritten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen vierten Koppelabschnitt mit dem zweiten Kopplungsteil verbunden.
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Eine Verlängerungseinheit gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Verlängerungsarm und einen ersten Stellungsdetektor. Der Verlängerungsarm umfasst ein Verlängerungsteil und einen Kopplungsmechanismus. Das Verlängerungsteil umfasst einen ersten Endabschnitt, der mit der Schaufel verbindbar ist, und einen zweiten Endabschnitt, der mit dem Arm verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus überträgt den Antrieb des Schaufelzylinders auf die Schaufel. Der Kopplungsmechanismus umfasst ein erstes Kopplungsteil, ein zweites Kopplungsteil und ein drittes Kopplungsteil. Das erste Kopplungsteil ist über einen ersten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und ist über einen zweiten Koppelabschnitt mit einem mit der Schaufel verbundenen Schaufelkopplungsteil verbindbar. Das zweite Kopplungsteil ist über den zweiten Koppelabschnitt mit dem ersten Kopplungsteil verbunden und erstreckt sich in Richtung einer Seite des Arms. Das dritte Kopplungsteil ist näher am zweiten Endabschnitt als das erste Kopplungsteil angeordnet, ist über einen dritten Koppelabschnitt mit dem Verlängerungsteil verbunden und über einen vierten Koppelabschnitt mit dem zweiten Kopplungsteil verbunden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Positionsschätzsystem, eine Positionsschätzeinheit, eine Arbeitsmaschine und eine Verlängerungseinheit vorzusehen, die alle nicht durch Arbeiten beeinträchtigt werden können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Seitenansicht eines Arbeitsgeräts in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine Draufsicht auf das Arbeitsgerät in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 4 enthält ein Diagramm (a), das eine Seitenansicht einer Schaufel in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt, und ein Diagramm (b), das einen Zustand der Schaufel zeigt, von dem ein nahe gelegener der seitlichen Oberflächenabschnitte im Diagramm (a) abgelöst ist.
- 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Positionsschätzsystems in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Arbeitsmaschine schematisch zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Leitbildschirm darstellt.
- 8 ist eine Seitenansicht eines ersten Arbeitsgeräts in einem Zustand, in dem ein Verlängerungsarm, mit Ausnahme eines dritten Kopplungsteils, von dem Arbeitsgerät in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung abgelöst ist.
- 9 enthält die Diagramme (a) bis (c), die Information(en) zeigen, die von einer Positionsschätzeinheit in einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung an einen Fahrzeugkörper zu übertragen ist/sind.
- 10 ist eine Seitenansicht eines Verlängerungsarms mit einem Kopplungsmechanismus in einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 11 enthält ein Diagramm (a), das eine Draufsicht auf einen Zustand zeigt, in dem ein Schaufelwinkelsensor in einem dritten Kopplungsteil in einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist, und ein Diagramm (b), das eine Seitenansicht eines Zustands zeigt, in dem der Schaufelwinkelsensor in dem dritten Kopplungsteil in einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Positionsschätzsystem, eine Arbeitsmaschine und eine Verlängerungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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(Übersicht über die Arbeitsmaschine 1)
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform.
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Die Arbeitsmaschine 1 umfasst hauptsächlich einen Fahrzeugkörper 2 (beispielhafter Arbeitsmaschinenkörper), ein Arbeitsgerät 3 und ein Positionsschätzsystem 50 (siehe 5). Der Fahrzeugkörper 2 umfasst eine Dreheinheit 4 und eine Fahreinheit 5. Die Dreheinheit 4 wird von der Fahreinheit 5 gestützt, so dass sie sich relativ zu ihr drehen kann. An der Dreheinheit 4 ist eine Kabine 6 angeordnet. Die Fahreinheit 5 umfasst Raupenbänder 5a und 5b. Die Arbeitsmaschine 1 bewegt sich durch Umlaufen der Raupenbänder 5a und 5b.
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(Arbeitsgerät 3)
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Das Arbeitsgerät 3 ist an dem Fahrzeugkörper 2 angebracht. Das Arbeitsgerät 3 umfasst ein erstes Arbeitsgerät 25 und einen Verlängerungsarm 12 (beispielhaftes zweites Arbeitsgerät). Der Verlängerungsarm 12 ist so ausgebildet, dass er am ersten Arbeitsgerät 25 angebracht und von diesem gelöst werden kann.
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Das erste Arbeitsgerät 25 umfasst einen Ausleger 10, einen Arm 11 und eine Schaufel 13.
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Der Ausleger 10 ist an seinem Basisende über einen Auslegerstift 14 drehbar an dem Fahrzeugkörper 2 angebracht. Der Arm 11 ist an seinem Basisende an dem distalen Ende des Auslegers 10 über einen Armstift 15 drehbar angebracht. Der Verlängerungsarm 12 ist an seinem Basisende über zwei Koppelstifte 16 und 17 an dem distalen Ende des Arms 11 angebracht. Die Schaufel 13 ist über einen Schaufelstift 18 drehbar am distalen Ende des Verlängerungsarms 12 angebracht.
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Das Arbeitsgerät 3 umfasst ein Paar Auslegerzylinder 19, einen Armzylinder 20 und einen Schaufelzylinder 21. Jeder von dem Auslegerzylinder 19, dem Armzylinder 20 und dem Schaufelzylinder 21 ist ein Hydraulikzylinder.
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Das Paar von Auslegerzylindern 19 ist so angeordnet, dass der Ausleger 10 dazwischen eingeklemmt ist. Jeder der Auslegerzylinder 19 ist an seinem bodenseitigen Ende über einen Auslegerzylinderfußstift 19a drehbar an der Dreheinheit 4 angebracht. Jeder der Auslegerzylinder 19 ist an seinem stangenseitigen Ende durch einen Auslegerzylinder-Oberstift 19b drehbar am Ausleger 10 angebracht.
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Der Armzylinder 20 ist an seinem bodenseitigen Ende über einen (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Armzylinder-Fussstift am Ausleger 10 angebracht. Der Armzylinder 20 ist an seinem stangenseitigen Ende über einen Armzylinder-Oberstift 20b am Arm 11 angebracht.
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Der Schaufelzylinder 21 ist an seinem bodenseitigen Ende über einen Schaufelzylinder-Fussstift 21a am Arm 11 angebracht. Der Schaufelzylinder 21 ist an seinem stangenseitigen Ende über einen dritten Kopplungsstift 38 (wird noch beschrieben) an dem Verlängerungsarm 12 angebracht.
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Wenn die Auslegerzylinder 19 aus- und eingefahren werden, wird der Ausleger 10 betätigt. Wenn der Auslegerzylinder 20 aus- und eingefahren wird, werden der Arm 11 und der Verlängerungsarm 12 betätigt. Wenn der Schaufelzylinder 21 aus- und eingefahren wird, wird die Schaufel 13 betätigt.
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(Verlängerungsarm 12)
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2 ist eine Seitenansicht des Arbeitsgeräts 3. 3 ist eine Draufsicht auf das in 2 dargestellte Arbeitsgerät 3.
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Der Verlängerungsarm 12 umfasst ein Verlängerungsteil 31 und einen Kopplungsmechanismus 32 (Englisch: linkage mechanism).
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Das Verlängerungsteil 31 ist an dem Arm 11 und der Schaufel 13 in einer dazwischen liegenden Position angebracht. Das Verlängerungsteil 31 umfasst einen Basisendabschnitt 31b (beispielhafter zweiter Endabschnitt), der an dem Arm 11 angebracht ist, und einen distalen Endabschnitt 31a (beispielhafter erster Endabschnitt), an dem die Schaufel 13 angebracht ist.
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Das Verlängerungsteil 31 ist am Basisendabschnitt 31b mit dem Arm 11 über die Koppelstifte 16 und 17 verbunden. Die Koppelstifte 16 und 17 sind so angeordnet, dass sie entlang der Längsrichtung des Arms 11 ausgerichtet sind. Der Koppelstift 16 ist näher am Basisende des Arms 11 angeordnet als der Koppelstift 17.
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Die Schaufel 13 ist an dem distalen Endabschnitt 31a des Verlängerungsteils 31 über den Schaufelstift 18 angebracht.
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Der Kopplungsmechanismus 32 überträgt das Ausfahren und das Einfahren des Schaufelzylinders 21 auf die Schaufel 13. Der Kopplungsmechanismus 32 ist an dem Verlängerungsteil 31 angebracht. Der Kopplungsmechanismus 32 umfasst ein erstes Kopplungsteil 33, ein zweites Kopplungselement 34 (beispielhaftes zweites Kopplungsteil) und ein drittes Kopplungsteil 35.
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Das erste Kopplungsteil 33 ist auf dem distalen Endabschnitt 31a des Verlängerungsteils 31 angeordnet. Wie in 3 gezeigt, umfasst das erste Kopplungsteil 33 ein Paar erster Kopplungselemente 33a, die so angeordnet sind, dass sie das Verlängerungsteil 31 dazwischen einklemmen. Wie in 2 gezeigt, ist jedes der ersten Kopplungselemente 33a an seinem Ende drehbar mit einer Seitenfläche des Verlängerungsteils 31 über einen ersten Kopplungsstift 36 (beispielhafter erster Koppelabschnitt) in einer Position verbunden, die näher am Basisendabschnitt 31b als der Schaufelstift 18 liegt. Jedes der ersten Kopplungselemente 33a ist an seinem anderen Ende über einen zweiten Kopplungsstift 37 (beispielhafter zweiter Koppelabschnitt) drehbar mit jedem eines Paars von Schaufelkopplungselementen 47a verbunden, die drehbar mit der Schaufel 13 verbunden sind.
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Das zweite Kopplungselement 34 ist an seinem einen Ende über den zweiten Kopplungsstift 37 drehbar mit den anderen Enden des Paares der ersten Kopplungselemente 33a verbunden. Das zweite Kopplungselement 34 ist ein Element, das so geformt ist, dass es sich in Richtung der Seite des Basisendabschnitts 31b von einem Abschnitt desselben erstreckt, in dem der zweite Kopplungsstift 37 angeordnet ist. Das zweite Kopplungselement 34 ist an seinem anderen Ende über den dritten Kopplungsstift 38 drehbar mit dem stangenseitigen distalen Ende des Schaufelzylinders 21 verbunden.
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Das dritte Kopplungsteil 35 ist näher am Arm 11 (dem Basisendabschnitt 31b) angeordnet als das erste Kopplungsteil 33. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist das dritte Kopplungsteil 35 an dem Basisendabschnitt 31b angeordnet. Wie in 3 dargestellt, umfasst das dritte Kopplungsteil 35 ein Paar dritter Kopplungselemente 35a, die so angeordnet sind, dass sie das Verlängerungsteil 31 zwischen sich einklemmen. Jedes der dritten Kopplungselemente 35a ist an seinem einen Ende drehbar mit dem anderen Ende des zweiten Kopplungselements 34 und dem stangenseitigen distalen Ende des Schaufelzylinders 21 über den dritten Kopplungsstift 38 (beispielhafter vierter Koppelabschnitt) verbunden. Jedes der dritten Kopplungselemente 35a ist an seinem anderen Ende über den Koppelstift 16 drehbar mit der Seitenfläche des Verlängerungsteils 31 verbunden (beispielhafter dritter Koppelabschnitt).
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In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich ein Liniensegment L2, das den Koppelstift 16 und den dritten Kopplungsstift 38 verbindet, in der Länge von einem Liniensegment L4, das den ersten Kopplungsstift 36 und den zweiten Kopplungsstift 37 verbindet; insbesondere ist das Liniensegment L2 so eingestellt, dass es länger als das Liniensegment L4 ist. Aus diesem Grund ist der Kopplungsmechanismus 32 in Form eines Viergelenkgetriebe (Englisch: four-bar linkage) ausgeführt, das als Gelenkverbindungen den ersten Kopplungsstift 36, den zweiten Kopplungsstift 37, den dritten Kopplungsstift 38 und den Koppelstift 16 enthält, aber nicht in Form eines Parallelogramm-Gestänges ausgeführt ist (Englisch: parallelogram linkage).
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(Schaufel 13)
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4(a) ist eine Seitenansicht der Schaufel 13. Die Schaufel 13 enthält einen Schaufelkörper 41, ein Verbindungsteil 42 und Zähne 43. Das Verbindungsteil 42 ist mit dem Schaufelkörper 41 verbunden und umfasst einen Abschnitt, der am Verlängerungsarm 12 anzubringen ist.
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Die Zähne 43 sind mit dem Schaufelkörper 41 verbunden. Eine Schneidkante 13p der Schaufel 13 befindet sich am distalen Ende der Zähne 43. Der Schaufelkörper 41 enthält im Wesentlichen einen Bodenflächenteil 41a, einen Rückflächenteil 41b und ein Paar Seitenwandteile 41c. 4(b) ist ein Diagramm, das den Zustand der Schaufel 13 zeigt, von der in 4 (a) ein nahegelegenes Seitenwandteil 41c abgelöst ist.
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Der Bodenflächenteil 41a weist in der Seitenansicht eine gekrümmte Form auf. Der Rückflächenteil 41b schließt an einer Position 41p an den Bodenflächenteil 41a an. Das Paar von Seitenwandteilen 41c ist einander gegenüberliegend angeordnet und deckt seitlich einen Raum ab, der von dem Bodenflächenteil 41a und dem Rückflächenteil 41b eingeschlossen ist. Der Raum, der von dem Bodenflächenteil 41a, dem Rückflächenteil 41b und dem Paar von Seitenwandteilen 41c eingeschlossen ist, weist als einen in den Zeichnungen dargestellten Öffnungsabschnitt 13a einen Abschnitt auf, der zum Außenraum hin geöffnet ist.
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Wie in 4(b) gezeigt, umfasst der Bodenflächenteil 41a eine vordere Lippe 41d, einen vorderen Oberflächenabschnitt 41e und einen gekrümmten Abschnitt 41f. Der vordere Oberflächenabschnitt 41e ist ein flacher, plattenförmiger Abschnitt und weist in der Seitenansicht eine gerade Form auf. Der gekrümmte Abschnitt 41f ist ein gekrümmter plattenförmiger Abschnitt und weist eine gekrümmte Form auf, die in der Seitenansicht zur Außenseite des Schaufelkörpers 41 hin vorsteht. Der gekrümmte Abschnitt 41f setzt sich an einer Position 41q in den vorderen Oberflächenabschnitt 41e fort.
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Die vordere Lippe 41d ist ein flaches, plattenförmiges Element und weist in der Seitenansicht eine gerade Form auf. Die vordere Lippe 41d ist an einem Ende des vorderen Oberflächenabschnitts 41e befestigt, der auf der gegenüberliegenden Seite der Position 41q angeordnet ist. Die vordere Lippe 41d weist eine größere Dicke als der vordere Oberflächenabschnitt 41e auf. Die vordere Lippe 41d ist ein Element, an dem die Zähne 43 befestigt sind.
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Der Rückflächenteil 41b umfasst ein erstes Element 41g und ein zweites Element 41h. Das erste Element 41g weist die Form einer Platte auf und geht an der Position 41p in den gekrümmten Abschnitt 41f des Bodenflächenteils 41a über. Das zweite Element 41h ist außerhalb des ersten Elements 41g angeordnet und umfasst einen gekrümmten Abschnitt, der nach außen vorsteht.
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Das Verbindungsteil 42 ist auf dem Rückflächenteil 41b angeordnet. Das Verbindungsteil 42 umfasst ein Paar von Klammern 42a (siehe 1). Das Paar von Klammern 42a ist in Breitenrichtung einander gegenüberliegend angeordnet. Wie in 4(a) und 4(b) gezeigt, sind die Klammern 42a an dem Rückflächenteil 41b befestigt. Die Klammern 42a stehen von dem Rückflächenteil 41b nach außen vor. Jede der Klammern 42a enthält ein erstes Loch 42b und ein zweites Loch 42c. Wie in 2 gezeigt, wird der Schaufelstift 18 in das erste Loch 42b eingesetzt, das auf der Seite des Öffnungsabschnitts 13a perforiert ist. Ein Schaufelkopplungsstift 46, der zum Anbringen der Schaufel 13 an einem Schaufelkopplungsteil 47 vorgesehen ist, wird in das zweite Loch 42c eingesetzt, das auf der Seite des Bodenoberflächenteils 41a perforiert ist.
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Man beachte, dass, wie in 1 gezeigt, das Schaufelkopplungsteil 47 das Paar Schaufelkopplungselemente 47a umfasst. Jedes der Schaufelkopplungselemente 47a ist an seinem einen Ende über den Schaufelkopplungsstift 46 drehbar mit jeder der Klammern 42a verbunden. Jedes der Schaufelkopplungselemente 47a ist an seinem anderen Ende über den zweiten Kopplungsstift 37 drehbar mit jedem von den ersten Kopplungselementen 33a und dem zweiten Kopplungselement 34 verbunden. Die Zähne 43 sind am distalen Ende des Bodenflächenteils 41a angeordnet, der sich auf der gegenüberliegenden Seite des Rückflächenteils 41b befindet.
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(Positionsschätzsystem 50)
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5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Positionsschätzsystems 50 zeigt.
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Wie in 5 gezeigt, umfasst das Positionsschätzsystem 50 eine Eingabevorrichtung 52, eine Anzeige 53, eine Steuerung 54, eine Speichervorrichtung 55, einen Positionssensor 56 (beispielhafter Zustandsdetektor) und einen Stellungssensor 57.
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Die Eingabevorrichtung 52 und die Anzeige 53 sind in der Kabine 6 angeordnet. Die Eingabevorrichtung 52 empfängt eine von einer Bedienperson eingegebene Betätigung, um Steuerungseinstellungen für die Arbeitsmaschine 1 vorzunehmen, und gibt als Reaktion auf die Betätigung ein Betriebssignal aus. Bei der Eingabevorrichtung 52 handelt es sich beispielsweise um einen Berührungsbildschirm. Alternativ kann die Eingabevorrichtung 52 auch einen oder mehrere Hebel und/oder einen oder mehrere Schalter umfassen. Unter Verwendung der Eingabevorrichtung 52 kann die Bedienperson Formdaten des Fahrzeugkörpers 2 und Formdaten des Arbeitsgeräts 3 eingeben. Wenn beispielsweise der Verlängerungsarm 12 neu angebracht wird, kann die Bedienperson die Formdaten des Verlängerungsarms 12 unter Verwendung der Eingabevorrichtung 52 eingeben.
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Die Anzeige 53 zeigt ein Bild in Abhängigkeit von einem Befehlssignal an, das in die Eingabevorrichtung 52 eingegeben wird. Die Anzeige 53 zeigt einen Leitbildschirm zur Unterstützung einer von der Arbeitsmaschine 1 durchgeführten Arbeit an. Auf der Anzeige 53 werden beispielsweise Geländedaten und die aktuelle Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 (beispielhafte Information(en) bezüglich der Position einer Schaufel) als Leitbildschirm angezeigt.
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Die Steuerung 54 berechnet aus den erhaltenen Daten einen Schaufelwinkel θ3 und zeigt die Geländedaten und die Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 auf der Anzeige 53 an.
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Die Steuerung 54 umfasst einen Prozessor wie eine CPU (Central Processing Unit) und Speicher wie ein RAM (Random Access Memory) und ein ROM (Read Only Memory). Die Speichervorrichtung 55 umfasst einen Halbleiterspeicher, ein Festplattenlaufwerk oder ähnliches. Die Speichervorrichtung 55 ist beispielsweise ein nicht transitorisches Aufzeichnungsmedium, das von der Steuerung 54 gelesen werden kann. In der Speichervorrichtung 55 sind Computerbefehle gespeichert, die vom Prozessor ausgeführt werden können, um die Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 zu schätzen und die Position der Schneidkante 13p anzuzeigen.
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Der Positionssensor 56 misst die Position der Arbeitsmaschine 1. Der Positionssensor 56 ist in dem Fahrzeugkörper 2 angeordnet. Der Positionssensor 56 umfasst einen GNSS-Empfänger (Global Navigation Satellite System) 61, eine Antenne 62 und eine IMU 63. Der GNSS-Empfänger 61 ist z. B. ein Empfänger für GPS (Global Positioning System). Der GNSS-Empfänger 61 empfängt ein gemessenes Positionssignal von einem Satelliten und erzeugt Fahrzeugkörperpositionsdaten, indem er die Position der Antenne 62 aus dem gemessenen Positionssignal berechnet. Die Steuerung 54 erhält die Fahrzeugkörperpositionsdaten (beispielhafte Information(en) über eine Position) vom GNSS-Empfänger 61. Die IMU 63 ist eine Inertialmesseinheit. Die IMU 63 ermittelt Neigungswinkeldaten (beispielhafte Information(en) bezüglich der Neigung). Die Neigungswinkeldaten umfassen einen Winkel, der durch die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf eine horizontale Ebene gebildet wird (d. h. Nickwinkel), und einen Winkel, der durch die Querrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf die horizontale Ebene gebildet wird (d. h. Rollwinkel).
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Der Stellungssensor 57 detektiert Stellungsdaten, die die Stellung des Arbeitsgeräts 3 anzeigen. Der Stellungssensor 57 umfasst einen Auslegerwinkelsensor 64 (beispielhafter dritter Stellungsdetektor), einen Armwinkelsensor 65 (beispielhafter zweiter Stellungsdetektor) und einen Schaufelwinkelsensor 66 (beispielhafter erster Stellungsdetektor). Der Auslegerwinkelsensor 64 detektiert einen Auslegerwinkel θ1. 6 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration der Arbeitsmaschine 1 zeigt. Wie in 6 dargestellt, gibt der Auslegerwinkel θ1 den Neigungswinkel des Auslegers 10 in dem Fahrzeugkörper 2 an. Der Armwinkelsensor 65 detektiert einen Armwinkel Θ2. Der Armwinkel Θ2 gibt den Neigungswinkel des Arms 11 in Bezug auf den Ausleger 10 an.
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Der Auslegerwinkelsensor 64 ist z.B. eine IMU und ist im Ausleger 10 angeordnet. Der Auslegerwinkelsensor 64 gibt ein Detektionssignal, das den Auslegerwinkel angibt, an die Steuerung 54 aus. Die Steuerung 54 berechnet den Auslegerwinkel Θ1 aus den Neigungswinkeldaten des Fahrzeugkörpers 2 und dem hier beschriebenen Detektionssignal.
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Der Armwinkelsensor 65 ist z.B. eine IMU und ist im Arm 11 angeordnet. Der Armwinkelsensor 65 gibt ein Detektionssignal, das den Armwinkel anzeigt, an die Steuerung 54 aus. Die Steuerung 54 berechnet den Armwinkel Θ2 aus den Neigungswinkeldaten des Fahrzeugkörpers 2, dem Auslegerwinkel Θ1 und dem hier beschriebenen Detektionssignal.
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Man beachte, dass der Auslegerwinkelsensor 64 und der Armwinkelsensor 65 Sensoren zur Detektion der Zylinderhübe sein können. In diesem Fall berechnet die Steuerung 54 den Auslegerwinkel θ1 und den Armwinkel Θ2 auf der Grundlage der Zylinderhübe.
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Der Schaufelwinkelsensor 66 ist eine IMU. Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist der Schaufelwinkelsensor 66 an einer Außenseitenfläche 35b (beispielhafte Außenseitenfläche) angebracht, die eine äußere der Seitenflächen eines der dritten Kopplungselemente 35a ist. Der Schaufelwinkelsensor 66 ist in einem Unterbringungsgehäuse 68 untergebracht. In der Seitenansicht kann ein Winkel φ1, der zwischen einer geraden Linie L1 (beispielhafte dritte gerade Linie) und dem Liniensegment L2 gebildet wird, auf der Grundlage eines durch den Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Werts detektiert werden, wobei die gerade Linie L1 als eine gerade Linie definiert ist, die den Armstift 15 und den Koppelstift 16 verbindet; das Liniensegment L2 ist als ein Liniensegment definiert, das durch die Mitte des betreffenden dritten Kopplungselements 35a (d.h. das Liniensegment, das den Koppelstift 16 und den dritten Kopplungsstift 38 verbindet) verläuft.
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Der von dem Schaufelwinkelsensor 66 detektierte Wert wird über einen Kabelbaum 67 an die in dem Fahrzeugkörper 2 angeordnete Steuerung 54 übertragen. Der Kabelbaum 67 erstreckt sich aus dem Unterbringungsgehäuse 68 in Richtung des Fahrzeugkörpers 2 entlang der Seitenfläche des betreffenden dritten Kopplungselements 35a und der des Arms 11. Der Kabelbaum 67 ist vorzugsweise wasserdicht. Der Schaufelwinkelsensor 66 wird über den Kabelbaum 67 mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Speichervorrichtung 55 speichert die Formdaten des Fahrzeugkörpers 2 und die Formdaten des Arbeitsgeräts 3. Die Formdaten des Fahrzeugkörpers 2 geben die Form des Fahrzeugkörpers 2 an. Die Formdaten des Fahrzeugkörpers 2 geben eine Positionsbeziehung zwischen der Antenne 62 und einer in dem Fahrzeugkörper 2 festgelegten Referenzposition an. Die Formdaten des Fahrzeugkörpers 2 geben eine Positionsbeziehung zwischen der in dem Fahrzeugkörper 2 festgelegten Bezugsposition und dem Auslegerstift 14 an.
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Die Formdaten des Arbeitsgeräts 3 geben die Formen der Komponenten des Arbeitsgeräts 3 an. Die Formdaten des Arbeitsgeräts 3 umfassen die Formdaten des ersten Arbeitsgeräts 25 (beispielhafte Daten zu einer Form eines ersten Arbeitsgeräts) und die Formdaten des Verlängerungsarms 12 (beispielhafte Daten zu einer Form eines zweiten Arbeitsgeräts).
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Die Formdaten umfassen die Auslegerlänge L11, die Armlänge L12 und die Schaufellänge L13. Die Auslegerlänge L11 ist die Länge vom Auslegerstift 14 bis zum Armstift 15. Die Armlänge L12 ist die Länge von dem Armstift 15 bis zu dem Schaufelstift 18. Die Schaufellänge L13 ist die Länge vom Schaufelstift 18 bis zur Schneidkante 13p der Schaufel 13.
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Außerdem umfassen die Formdaten des Verlängerungsarms 12 die Positionsbeziehungen des Koppelstifts 16, des Schaufelstifts 18 und des ersten Kopplungsstifts 36 in Bezug auf den Armstift 15, die Länge vom ersten Kopplungsstift 36 bis zum zweiten Kopplungsstift 37, die Länge vom Koppelstift 16 bis zum dritten Kopplungsstift 38 und die Länge vom zweiten Kopplungsstift 37 bis zum dritten Kopplungsstift 38.
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Andererseits umfassen die Formdaten der Schaufel 13 die Positionsbeziehung zwischen dem Schaufelstift 18 und dem Schaufelkopplungsstift 46, die Länge vom Schaufelkopplungsstift 46 bis zum ersten Kopplungsstift 36 und die Positionsbeziehung zwischen dem Schaufelstift 18 und der Schneidkante 13p.
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Die Steuerung 54 berechnet den in 6 dargestellten Schaufelwinkel θ3 auf der Grundlage des Winkels φ1, der aus dem vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Wert ermittelt wird. In der Seitenansicht ist nun eine gerade Linie L3 als eine gerade Linie definiert, die den Armstift 15 und den Schaufelstift 18 verbindet, während das Liniensegment L4 als ein Liniensegment definiert ist, das durch die Mitte eines der ersten Kopplungselemente 33a (das Liniensegment, das den ersten Kopplungsstift 36 und den zweiten Kopplungsstift 37 verbindet) verläuft.
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Wie im Einzelnen erläutert, berechnet die Steuerung 54 den Winkel φ1 auf der Grundlage des vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Werts, der Neigungswinkeldaten, sowohl des Auslegerwinkels θ1 als auch des Armwinkels θ2 und sowohl der Formdaten des Arbeitsgeräts 3 als auch der Formdaten des Verlängerungsarms 12 und berechnet darüber hinaus einen Winkel φ2, der zwischen der geraden Linie L3 (beispielhafte erste gerade Linie) und der geraden Linie L4 gebildet wird.
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Die Steuerung 54 berechnet den Schaufelwinkel θ3 auf der Grundlage des Winkels φ2, der Formdaten des Arbeitsgeräts 3 und der Formdaten des Verlängerungsarms 12. In der Seitenansicht ist der Schaufelwinkel θ3 ein Winkel zwischen der geraden Linie L3 und einer geraden Linie L5 (beispielhafte zweite gerade Linie), die den Schaufelstift 18 und die Schneidkante 13p verbindet.
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Wie vorstehend beschrieben, ermittelt die Steuerung 54 den Auslegerwinkel θ1, den Armwinkel θ2 und den Schaufelwinkel θ3. Der Auslegerwinkel θ1, der Armwinkel θ2 und der Schaufelwinkel θ3 sind in den Stellungsdaten enthalten.
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Die Steuerung 54 berechnet die Schaufelpositionsdaten aus den vom Positionssensor 56 detektierten Fahrzeugkörperpositionsdaten, basierend auf den Neigungswinkeldaten, den Stellungsdaten und den Formdaten. Die Schaufelpositionsdaten geben z. B. die Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 an. Der Schaufelwinkel θ3 kann in den Schaufelpositionsdaten enthalten sein.
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Die Speichervorrichtung 55 speichert aktuelle Geländedaten und Entwurfsgeländedaten. Die aktuellen Geländedaten geben den gegenwärtigen Zustand des Geländes auf einer Baustelle an. Die Entwurfsgeländedaten geben die Zielform des Geländes an der Baustelle an. Die Steuerung 54 zeigt auf der Grundlage der aktuellen Geländedaten, der Entwurfsgeländedaten und der Formdaten einen in 7 dargestellten Leitbildschirm 71 auf der Anzeige 53 an. Wie in 7 dargestellt, zeigt der Leitbildschirm 71 das aktuelle Gelände 72, das Entwurfsgelände 73 und die Position der Arbeitsmaschine 1. Die Formdaten umfassen Daten, die die Form der Schaufel 13 angeben. Die Steuerung 54 zeigt basierend auf den Formdaten der Schaufel 13 und der Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 die Position der Schaufel 13 in Bezug auf das aktuelle Gelände 72 und das Entwurfsgelände 73 auf dem Leitbildschirm 71 an.
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Der Leitbildschirm 71 ermöglicht es der Bedienperson der Arbeitsmaschine 1, die Positionsbeziehungen zwischen der Schaufel 13, dem aktuellen Gelände 72 und dem Entwurfsgelände 73 zu erfassen.
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(Merkmale usw.)
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(1)
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Das Positionsschätzsystem 50 gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist ein Positionsschätzsystem, das Information(en) bezüglich der Position der Schaufel 13 der Arbeitsmaschine 1 schätzt und den Schaufelwinkelsensor 66 und die Steuerung 54 umfasst. Hier umfasst die Arbeitsmaschine 1 den Fahrzeugkörper 2, das erste Arbeitsgerät 25 und den Verlängerungsarm 12. Das erste Arbeitsgerät 25 umfasst den Arm 11, die Schaufel 13 und den Schaufelzylinder 21, der die Schaufel 13 antreibt, und ist in Bezug auf den Fahrzeugkörper 2 schwenkbar. Der Verlängerungsarm 12 umfasst den Kopplungsmechanismus 32, der den Antrieb des Schaufelzylinders 21 auf die Schaufel 13 überträgt, und ist an dem Arm 11 und der Schaufel 13 in der dazwischen liegenden Position anbringbar. Der Schaufelwinkelsensor 66 kann in dem Kopplungsmechanismus 32 angeordnet werden. Die Steuerung 54 schätzt die Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 auf der Grundlage der Formdaten des ersten Arbeitsgeräts 25, der Formdaten des Verlängerungsarms 12, der/den Information(en) bezüglich der Stellung des ersten Arbeitsgeräts 25 und des vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Werts. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Verlängerungsarm 12 das Verlängerungsteil 31. Das Verlängerungsteil 31 umfasst den distalen Endabschnitt 31a, der mit der Schaufel 13 verbindbar ist, und den Basisendabschnitt 31b, der mit dem Arm 11 verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus 32 umfasst das erste Kopplungsteil 33, das zweite Kopplungselement 34 und das dritte Kopplungsteil 35. Das erste Kopplungsteil 33 ist über den ersten Kopplungsstift 36 mit dem Verlängerungsteil 31 verbunden und ist über den zweiten Kopplungsstift 37 mit dem mit der Schaufel 13 verbundenen Schaufelkopplungsteil 47 verbindbar. Das zweite Kopplungselement 34 ist über den zweiten Kopplungsstift 37 mit dem ersten Kopplungsteil 33 verbunden und erstreckt sich in Richtung der Seite des Basisendabschnitts 31b. Das dritte Kopplungsteil 35 ist näher am Basisendabschnitt 31b als das erste Kopplungsteil 33 angeordnet, ist mit dem Verlängerungsteil 31 über den Koppelstift 16 verbunden und ist mit dem zweiten Kopplungselement 34 über den dritten Kopplungsstift 38 verbunden.
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Somit ist der Schaufelwinkelsensor 66 in dem Kopplungsmechanismus 32 angeordnet, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Untertauchens des Schaufelwinkelsensors 66 bei Arbeiten wie Baggerarbeiten verringert werden kann; daher kann das Positionsschätzsystem 50 so gestaltet werden, dass eine Beeinträchtigung durch Arbeiten unwahrscheinlich wird.
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(2)
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In dem Positionsschätzsystem 50 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Schaufelwinkelsensor 66 in dem dritten Kopplungsteil 35 angeordnet.
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Somit ist der Schaufelwinkelsensor 66 in dem dritten Kopplungsteil 35 vorgesehen, das näher am Arm 11 angeordnet ist; dadurch kann die Gefahr des Untertauchens des Schaufelwinkelsensors 66 weiter reduziert werden. Außerdem kann die für das Unterbringungsgehäuse 68 erforderliche Wasserdichtigkeit mit einer einfachen und leichten Konfiguration erreicht werden.
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Darüber hinaus kann die Länge des Kabelbaums 67, der sich vom Schaufelwinkelsensor 66 bis zum Fahrzeugkörper 2 erstreckt, kürzer sein, als wenn der Schaufelwinkelsensor 66 an einer anderen Position innerhalb des Kopplungsmechanismus 32 angeordnet ist.
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Des Weiteren wird ein Ablöse-/Anbringungsverfahren wie folgt angenommen: Nach dem Ablösen des Verlängerungsarms 12 einschließlich des dritten Kopplungsteils 35 wird das dritte Kopplungsteil 35 mit dem Arm 11 verbunden, und dann wird die Schaufel 13 am Arm 11 angebracht. Bei diesem Verfahren wird ein Austausch des Schaufelwinkelsensors 66 und des vom Schaufelwinkelsensor 66 ausgehenden Kabelbaums 67 usw. überflüssig, so dass eine Ablöse-/Anbringungsarbeit erleichtert wird.
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8 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem der Verlängerungsarm 12, mit Ausnahme des dritten Kopplungsteils 35, von der Position zwischen der Schaufel 13 und dem Arm 11 gelöst ist. In der in 8 gezeigten Konfiguration ist das Schaufelkopplungselement 47a über den dritten Kopplungsstift 38 drehbar mit den dritten Kopplungselementen 35a verbunden. Der Schaufelstift 18 ist in dem Abschnitt angeordnet, in dem in der bevorzugten Ausführungsform der Koppelstift 17 des Arms 11 angeordnet ist; außerdem ist die Schaufel 13 über den Schaufelstift 18 drehbar mit dem Arm 11 verbunden. Somit kann der Schaufelwinkelsensor 66 unabhängig vom Anbringen oder Lösen des Verlängerungsarms 12 in dem dritten Kopplungsteil 35 angeordnet bleiben; daher kann das Anbringen und Lösen des Verlängerungsarms 12 einfach und leicht durchgeführt werden, ohne dass eine solche Arbeit wie z. B. ein Sensoraustausch erforderlich ist.
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(3)
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In dem Positionsschätzsystem 50 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Schaufelwinkelsensor 66 an der Außenseitenfläche 35b des dritten Kopplungsteils 35 angeordnet.
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Dadurch wird die Wartung und der Austausch des Schaufelwinkelsensors 66 erleichtert.
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(4)
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In dem Positionsschätzsystem 50 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst/umfassen die Information(en) bezüglich der Position der Schaufel 13 den Schaufelwinkel θ3, der als Winkel der Geraden L5, die die Schneidkante 13p der Schaufel 13 und den Schaufelstift 18 verbindet, in Bezug auf die Gerade L3 definiert ist, die den Schaufelstift 18, der die Schaufel 13 mit dem Verlängerungsteil 31 verbindet, und den Armstift 15, der als Schwenkpunkt (Drehpunkt) des Arms 11 dient, verbindet. Die Steuerung 54 berechnet den Drehwinkel φ1 des dritten Kopplungsteils 35 in Bezug auf die Gerade L1, die den Koppelstift 16, der das Verlängerungsteil 31 mit dem Arm 11 koppelt, und den Armstift 15 verbindet, auf der Grundlage des vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Werts, berechnet den Drehwinkel φ2 des ersten Kopplungsteils 33 in Bezug auf die Gerade L3 auf der Grundlage des Drehwinkels φ1 des dritten Kopplungsteils 35 und berechnet den Schaufelwinkel θ3 auf der Grundlage des Drehwinkels φ2 des ersten Kopplungsteils 33.
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So wird der Drehwinkel φ2 des ersten Kopplungsteils 33 auf der Grundlage des Drehwinkels φ1 des dritten Kopplungsteils 35 berechnet, wodurch der Schaufelwinkel θ3 geschätzt werden kann.
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(5)
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In dem Positionsschätzsystem 50 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Arbeitsgerät 25 ferner den mit dem Fahrzeugkörper 2 verbundenen Ausleger 10 und den Arm 11. Das Positionsschätzsystem 50 umfasst ferner den Armwinkelsensor 65 und den Auslegerwinkelsensor 64. Der Armwinkelsensor 65 detektiert die Stellung des Arms 11. Der Auslegerwinkelsensor 64 detektiert die Stellung des Auslegers 10. Die Steuerung 54 schätzt die Position der Schaufel 13 auf der Grundlage des geschätzten Schaufelwinkels θ3, des vom Armwinkelsensor 65 detektierten Werts und des vom Auslegerwinkelsensor 64 detektierten Werts.
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Dementsprechend kann die Position der Schaufel 13 mit dem Schaufelwinkel θ3 geschätzt werden.
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(6)
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Das Positionsschätzsystem 50 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst ferner den Positionssensor 56. Der Positionssensor 56 detektiert die Information(en) bezüglich der Position und der Neigung des Fahrzeugkörpers 2. Die Steuerung 54 schätzt die Position der Schaufel 13 auf der Grundlage der Information(en) bezüglich der Position der Schaufel 13 in Bezug auf die Arbeitsmaschine 1 und den vom Positionssensor 56 detektierten Wert.
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Entsprechend kann die Position der Schaufel 13 im globalen Koordinatensystem geschätzt werden.
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(7)
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Die Arbeitsmaschine 1 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst den Fahrzeugkörper 2, das erste Arbeitsgerät 25, den Verlängerungsarm 12, den Schaufelwinkelsensor 66 und die Steuerung 54. Das erste Arbeitsgerät 25 umfasst den Arm 11, die Schaufel 13 und den Schaufelzylinder 21, der die Schaufel 13 antreibt, und ist in Bezug auf den Fahrzeugkörper 2 schwenkbar. Der Verlängerungsarm 12 umfasst den Kopplungsmechanismus 32, der den Antrieb des Schaufelzylinders 21 auf die Schaufel 13 überträgt, und ist an dem Arm 11 und der Schaufel 13 in der dazwischen liegenden Position anbringbar. Der Schaufelwinkelsensor 66 ist in dem Kopplungsmechanismus 32 angeordnet. Die Steuerung 54 schätzt den Schaufelwinkel θ3 in Bezug auf den Fahrzeugkörper 2 auf der Grundlage der Formdaten des ersten Arbeitsgeräts 25, der Formdaten des Verlängerungsarms 12, der/den Information(en) bezüglich der Stellung des ersten Arbeitsgeräts 25 und den vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Wert. Der Verlängerungsarm 12 umfasst das Verlängerungsteil 31. Das Verlängerungsteil 31 umfasst den distalen Endabschnitt 31a, der mit der Schaufel 13 verbindbar ist, und den Basisendabschnitt 31b, der mit dem Arm 11 verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus 32 umfasst das erste Kopplungsteil 33, das zweite Kopplungselement 34 und das dritte Kopplungsteil 35. Das erste Kopplungsteil 33 ist über den ersten Kopplungsstift 36 mit dem Verlängerungsteil 31 verbunden und kann über den zweiten Kopplungsstift 37 mit dem Schaufelkopplungsteil 47 verbunden werden, das mit der Schaufel 13 verbunden ist. Das zweite Kopplungselement 34 ist über den zweiten Kopplungsstift 37 mit dem ersten Kopplungsteil 33 verbunden und erstreckt sich in Richtung der Seite des Basisendabschnitts 31b. Das dritte Kopplungsteil 35 ist näher am Basisendabschnitt 31b als das erste Kopplungsteil 33 angeordnet, ist mit dem Verlängerungsteil 31 über den Koppelstift 16 verbunden und ist mit dem zweiten Kopplungselement 34 über den dritten Kopplungsstift 38 verbunden.
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Auf diese Weise ist der Schaufelwinkelsensor 66 in dem Kopplungsmechanismus 32 angeordnet, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Untertauchens des Schaufelwinkelsensors 66 bei Arbeiten wie Baggerarbeiten verringert werden kann; daher kann die Arbeitsmaschine 1 so gestaltet werden, dass eine Beeinträchtigung durch Arbeiten unwahrscheinlich wird.
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(8)
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Die Verlängerungseinheit gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform umfasst den Verlängerungsarm 12 und den Schaufelwinkelsensor 66. Der Verlängerungsarm 12 ist an dem Arm 11 und der Schaufel 13 der Arbeitsmaschine 1 in der dazwischen liegenden Position anbringbar. Die Arbeitsmaschine 1 umfasst hier den Fahrzeugkörper 2 und das erste Arbeitsgerät 25. Das erste Arbeitsgerät 25 umfasst den Arm 11, die Schaufel 13 und den Schaufelzylinder 21, der die Schaufel 13 antreibt, und ist in Bezug auf den Fahrzeugkörper 2 schwenkbar. Der Schaufelwinkelsensor 66 ist in dem Verlängerungsarm 12 angeordnet. Der Verlängerungsarm 12 umfasst das Verlängerungsteil 31 und den Kopplungsmechanismus 32. Das Verlängerungsteil 31 umfasst den distalen Endabschnitt 31a, der mit der Schaufel 13 verbindbar ist, und den Basisendabschnitt 31b, der mit dem Arm 11 verbindbar ist. Der Kopplungsmechanismus 32 überträgt den Antrieb des Schaufelzylinders 21 auf die Schaufel 13. Der Kopplungsmechanismus 32 umfasst das erste Kopplungsteil 33, das zweite Kopplungselement 34 und das dritte Kopplungsteil 35. Das erste Kopplungsteil 33 ist über den ersten Kopplungsstift 36 mit dem Verlängerungsteil 31 verbunden und ist über den zweiten Kopplungsstift 37 mit dem mit der Schaufel 13 verbundenen Schaufelkopplungsteil 47 verbindbar. Das zweite Kopplungselement 34 ist über den zweiten Kopplungsstift 37 mit dem ersten Kopplungsteil 33 verbunden und erstreckt sich in Richtung der Seite des Basisendabschnitts 31b. Das dritte Kopplungsteil 35 ist näher am Basisendabschnitt 31b angeordnet als das erste Kopplungsteil 33, ist mit dem Verlängerungsteil 31 über den Koppelstift 16 verbunden und ist mit dem zweiten Kopplungselement 34 über den dritten Kopplungsstift 38 verbunden.
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Bei der Konfiguration wird es möglich, den Verlängerungsarm 12 so vorzusehen, dass der Schaufelwinkelsensor 66 in dem Kopplungsmechanismus 32 angeordnet ist.
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(Andere bevorzugte Ausführungsformen)
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt, und eine Vielzahl von Änderungen kann vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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(A)
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In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Schaufelwinkelsensor 66 im dritten Kopplungsteil 35 angeordnet; außerdem wurde der vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierte Wert vorab so eingestellt, dass er von der Steuerung 54 erhalten werden kann. Alternativ kann der Schaufelwinkelsensor 66 an einer vorhandenen Arbeitsmaschine, an der ein Ausleger anbringbar ist, nachgerüstet werden. In diesem Fall können der Schaufelwinkelsensor 66, der Kabelbaum 67 und eine Sensorsteuerung 81 (beispielhafte Detektorsteuerung) zur Steuerung des Schaufelwinkelsensors 66 für die vorhandene Arbeitsmaschine als Positionsschätzeinheit 80 vorgesehen werden.
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Wie in 9(a) gezeigt, kann die Sensorsteuerung 81 einen vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Wert Vd erhalten und den detektierten Wert Vd (beispielhafte Information(en) auf der Grundlage eines detektierten Werts) über den Kabelbaum 67 an die Steuerung 54 im Fahrzeugkörper 2 übertragen. Die Steuerung 54 berechnet den Schaufelwinkel θ3 aus dem detektierten Wert Vd.
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Wie in 9(b) gezeigt, kann die Sensorsteuerung 81 den detektierten Wert Vd des Schaufelwinkelsensors 66 erhalten und den Winkel φ1 aus dem detektierten Wert Vd auf der Grundlage der Neigungswinkeldaten, sowohl des Auslegerwinkels Θ1 als auch des Armwinkels θ2, der Formdaten des Arbeitsgeräts 3 und der Formdaten des Verlängerungsarms 12 berechnen. Die Daten des Winkels φ1 (beispielhafte Information(en) auf der Grundlage des detektierten Werts) werden von der Sensorsteuerung 81 über den Kabelbaum 67 an die Steuerung 54 im Fahrzeugkörper 2 übertragen. Die Steuerung 54 berechnet den Schaufelwinkel θ3 aus den Daten des Winkels φ1. In diesem Fall erhält die Sensorsteuerung 81 Daten zur Berechnung des Winkels φ1.
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Alternativ kann, wie in 9(c) gezeigt, die Sensorsteuerung 81 den Winkel φ2 aus dem vom Schaufelwinkelsensor 66 erhaltenen Detektionswert Vd auf der Grundlage der Neigungswinkeldaten, sowohl des Auslegerwinkels Θ1 als auch des Armwinkels θ2, der Formdaten des Arbeitsgeräts 3 und der Formdaten des Verlängerungsarms 12 berechnen. Die Daten des Winkels φ2 (beispielhafte Information(en) auf der Grundlage des detektierten Werts) werden von der Sensorsteuerung 81 über den Kabelbaum 67 an die Steuerung 54 im Fahrzeugkörper 2 übertragen. Die Steuerung 54 berechnet den Schaufelwinkel θ3 aus den Daten des Winkels φ2. In diesem Fall erhält die Sensorsteuerung 81 Daten zur Berechnung des Winkels φ2.
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Alternativ dazu kann die Sensorsteuerung 81 den Schaufelwinkel θ3 aus dem vom Schaufelwinkelsensor 66 detektierten Wert berechnen und die Daten des Schaufelwinkels θ3 (beispielhafte Information(en) basierend auf dem detektierten Wert) an die Steuerung 54 in dem Fahrzeugkörper 2 übertragen.
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Man beachte, dass die Sensorsteuerung 81 einen Prozessor wie eine CPU (Central Processing Unit), Speicher wie einen RAM (Random Access Memory) und einen ROM (Read Only Memory) und eine Speichervorrichtung umfasst. Die Speichervorrichtung umfasst einen Halbleiterspeicher, ein Festplattenlaufwerk und so weiter. Die Speichervorrichtung ist beispielsweise ein nichttransitorisches Aufzeichnungsmedium, das von der Sensorsteuerung 81 gelesen werden kann. Auf dem Speichermedium sind Computerbefehle gespeichert, die vom Prozessor ausgeführt werden können, um die vorstehend beschriebenen Steuerungen auszuführen.
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Mit der hier beschriebenen Konfiguration kann die Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 auch dann ermittelt werden, wenn der Verlängerungsarm 12 an der vorhandenen Arbeitsmaschine angebracht ist, indem die Positionsschätzeinheit 80 an der vorhandenen Arbeitsmaschine nachgerüstet wird.
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(B)
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In dem Kopplungsmechanismus 32 des Verlängerungsarms 12 gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind das Liniensegment L4 vom ersten Kopplungsstift 36 bis zum zweiten Kopplungsstift 37 und das Liniensegment L2 vom Koppelstift 16 bis zum dritten Kopplungsstift 38 unterschiedlich lang, können aber auch gleich lang sein.
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10 ist ein Diagramm, das einen Verlängerungsarm 12' mit einem Kopplungsmechanismus 32', der in Form eines Parallelogrammgestänges ausgebildet ist, zeigt. Man beachte, dass in 10 der Kabelbaum 67 in der Darstellung weggelassen ist.
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In dem in 10 dargestellten Verlängerungsarm 12' ist jedes der dritten Kopplungselemente 35a' eines dritten Kopplungsteils 35' so ausgebildet, dass es die gleiche Länge wie jedes der ersten Kopplungselemente 33a' eines ersten Kopplungsteils 33' aufweist; daher ist ein Liniensegment L4' von dem ersten Kopplungsstift 36 bis zu dem zweiten Kopplungsstift 37 so ausgebildet, dass es die gleiche Länge wie ein Liniensegment L2' von dem Koppelstift 16 bis zu dem dritten Kopplungsstift 38 aufweist.
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In diesem Fall wird der Winkel φ1 mit dem Winkel φ2 gleichgesetzt; daher kann der Schaufelwinkel θ3 aus dem Winkel φ1 anhand der Formdaten der Schaufel 13 berechnet werden.
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Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, den Winkel φ2 aus dem Winkel φ1 rechnerisch zu schätzen; daher kann der Schaufelwinkel θ3 genauer geschätzt werden.
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(C)
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In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Schaufelwinkelsensor 66 an der Außenseitenfläche 35b (siehe 3) eines der dritten Kopplungselemente 35a angeordnet; der Schaufelwinkelsensor 66 ist jedoch nicht auf diese Einbauposition beschränkt.
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11(a) ist eine Draufsicht auf das Unterbringungsgehäuse 68 und ein drittes Kopplungsteil 35''. 11(b) ist eine Seitenansicht des Unterbringungsgehäuses 68 und des dritten Kopplungsteils 35''.
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Wie in 11 (a) und (b) gezeigt, ist ein Verbindungsabschnitt 35c zum Verbinden des Paars dritter Kopplungselemente 35a vorgesehen; außerdem ist das Unterbringungsgehäuse 68 an der Oberseite des Verbindungsabschnitts 35c angebracht, während es den Schaufelwinkelsensor 66 darin aufnimmt. Somit kann der Schaufelwinkelsensor 66 an einer anderen Position als der Seitenfläche 35b eines der dritten Kopplungselemente 35a im dritten Kopplungsteil 35'' angeordnet werden.
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(D)
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In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird die Position der Schneidkante 13p der Schaufel 13 als Information(en) bezüglich der Position der Schaufel geschätzt; die Information(en) bezüglich der Position der Schaufel muss jedoch nicht auf die Position der Schneidkante 13p beschränkt sein. Alternativ kann auch jede andere Position als die Schneidkante 13p an der Schaufel 13 geschätzt werden. Basierend auf der geschätzten Position und den Formdaten der Schaufel 13 kann die Stellung der Schaufel 13 auf dem Leitbildschirm 71 angezeigt werden.
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(E)
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Die Arbeitsmaschine 1 ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Hydraulikbagger beschränkt; alternativ kann es sich bei der Arbeitsmaschine 1 auch um einen anderen Maschinentyp handeln, z. B. eine mechanische Schaufel oder eine Seilschaufel. Die Arbeitsmaschine 1 gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist ein Bagger des sogenannten Tieflöffeltyps, kann aber alternativ auch ein Bagger des Frontschaufeltyps sein. Außerdem ist die Arbeitsmaschine 1 nicht auf einen Raupenbagger beschränkt, sondern kann auch ein Radbagger sein.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Positionsschätzsystem, eine Positionsschätzeinheit, eine Arbeitsmaschine und eine Verlängerungseinheit vorzusehen, für die alle eine Beeinträchtigung durch Arbeiten unwahrscheinlich wird.
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REFERENZZEICHENLISTE
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- 11
- Arm
- 12
- Verlängerungsarm
- 13
- Schaufel
- 13p
- Schneidkante
- 21
- Schaufelzylinder
- 25
- Erstes Arbeitsgerät
- 32
- Kopplungsmechanismus
- 50
- Positionsschätzsystem
- 54
- Steuerung
- 66
- Schaufelwinkelsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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