DE112022003024T5

DE112022003024T5 - Steuersystem, Steuerverfahren und Steuerprogramm

Info

Publication number: DE112022003024T5
Application number: DE112022003024.0T
Authority: DE
Inventors: Shinya Hino; Kazuki Takehara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-04-18
Also published as: CN117881852A; WO2023032970A1; JP2023034980A; KR20240027119A

Abstract

Eine Erzeugungseinheit erzeugt eine virtuelle Wand, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert wird, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt eines Schwenkkörpers ist. Eine Drehungskonvertierungseinheit konvertiert die virtuelle Wand drehend um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers. Eine Positionsspezifikationseinheit spezifiziert eine Position einer äußeren Schale einer Arbeitsmaschine im Fahrzeugkörperkoordinatensystem. Eine Interventionssteuereinheit steuert die Arbeitsmaschine so, dass die äußere Schale nicht mit der virtuellen Wand in Kontakt kommt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem, ein Steuerverfahren und ein Steuerprogramm.
Priorität wird von der japanischen Patentanmeldungsnr. 2021-141 532 , die am 31. August 2021 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
[Stand der Technik]
Eine Technik zum Festlegen einer virtuellen Wand in einem Raum, um einen Betriebsbereich einer Arbeitsmaschine zu begrenzen, ist bekannt. Eine Steuervorrichtung der Arbeitsmaschine kann die Arbeitsmaschine steuern, die virtuelle Wand nicht zu überschreiten, indem eine Betriebsmenge eines Aktuators der Arbeitsmaschine gemäß einer Distanz zwischen der virtuellen Wand und der Arbeitsmaschine beschränkt wird.
[Zitierliste]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Internationale PCT-Veröffentlichungsnr. WO 2019/189 030
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Übrigens, wenn eine virtuelle Wand an einer Baustelle festgelegt wird, wird die Position der virtuellen Wand in einem globalen Koordinatensystem repräsentiert. Deshalb muss, wenn eine Arbeitsmaschine basierend auf der virtuellen Wand gesteuert werden soll, die Arbeitsmaschine eine Konfiguration wie ein GNSS zum Erkennen der Position des globalen Koordinatensystems haben. Jedoch hat die Arbeitsmaschine nicht notwendigerweise eine Konfiguration zum Erfassen der Positionsinformation durch das GNSS oder dergleichen.
Andererseits folgt, wenn die virtuelle Wand in einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem mit einem Schwingkörper als eine Referenz festgelegt wird, die in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem festgelegte virtuelle Wand dem Schwingen des Schwingkörpers, und ist daher in einer ringförmigen Gestalt mit der Arbeitsmaschine am Zentrum konfiguriert. Deshalb ist es schwierig, die virtuelle Wand von einer Ebene entlang eines Gebäudes oder dergleichen in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem festzulegen.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Steuervorrichtung, ein Steuerverfahren und ein Steuerprogramm vorzusehen, die einen Betrieb einer Arbeitsmaschine durch eine virtuelle Wand von einer Ebene beschränken können, ohne sich auf ein globales Koordinatensystem zu beziehen.
[Lösung für das Problem]
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert ein Steuersystem eine einen Schwingkörper, der konfiguriert ist, zu schwingen, enthaltende Arbeitsmaschine. Das Steuersystem enthält einen Prozessor. Der Prozessor erzeugt eine virtuelle Wand, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers ist. Der Prozessor konvertiert drehend die virtuelle Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers. Der Prozessor spezifiziert eine Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem. Der Prozessor steuert die Arbeitsmaschine, sodass die äußere Schale nicht in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Steuerverfahren einer einen Schwingkörper, der konfiguriert ist, zu schwingen, enthaltenden Arbeitsmaschine einen Erzeugungsschritt, einen Konvertierungsschritt, einen Spezifizierungsschritt und einen Steuerschritt. Der Erzeugungsschritt erzeugt eine virtuelle Wand, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers ist. Der Konvertierungsschritt konvertiert drehend die virtuelle Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers. Der Spezifizierungsschritt spezifiziert eine Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem. Der Steuerschritt steuert die Arbeitsmaschine, sodass die äußere Schale nicht in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Steuerprogramm, das durch einen Computer ausgeführt wird, der eine einen Schwingkörper, der konfiguriert ist, zu schwingen, enthaltende Arbeitsmaschine steuert, einen Erzeugungsschritt, einen Konvertierungsschritt, einen Spezifizierungsschritt und einen Steuerschritt. Der Erzeugungsschritt erzeugt eine virtuelle Wand, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers ist. Der Konvertierungsschritt konvertiert drehend die virtuelle Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers. Der Spezifizierungsschritt spezifiziert eine Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem. Der Steuerschritt steuert die Arbeitsmaschine, sodass die äußere Schale nicht in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß zumindest einem der obigen Aspekte kann ein Betrieb der Arbeitsmaschine durch eine virtuelle Wand einer Ebene beschränkt werden, ohne sich auf ein globales Koordinatensystem zu beziehen.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Arbeitsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Antriebssystem der Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Rücksetzens einer virtuellen Wand gemäß einer Schwingung eines Schwingkörpers in der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Festlegens einer Vorderwand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Festlegens einer Seitenwand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Festlegens einer oberen Wand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Festlegens einer unteren Wand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Update- und Interventionssteuerung der in der ersten Ausführungsform festgelegten virtuellen Wand.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Update- und Interventionssteuerung der in der ersten Ausführungsform festgelegten virtuellen Wand.
11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Arbeitssystems gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
<Erste Ausführungsform>
<<Konfiguration der Arbeitsmaschine>>
Hiernach wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist zum Beispiel ein Hydraulikbagger. Die Arbeitsmaschine 100 enthält einen Unterwagen 120, einen Schwingkörper 140, eine Arbeitsausrüstung 160, eine Kabine 180 und eine Steuervorrichtung 200. Die Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt durch einen Betrieb des Bedieners eine ebene virtuelle Wand und wird so gesteuert, dass die Arbeitsmaschine 100 nicht mit der virtuellen Wand in Kontakt kommt. Dadurch kann der Bediener die Arbeitsmaschine 100 so betreiben, dass sie nicht in den Eintrittsverbotsbereich eintritt.
Der Unterwagen 120 stützt die Arbeitsmaschine 100 verfahrbar ab. Der Unterwagen 120 ist beispielsweise ein Paar linker und rechter Endlosbahnen.
Der Schwingkörper 140 ist von dem Unterwagen 120 gestützt, um um ein Schwingzentrum schwingbar zu sein.
Die Arbeitsausrüstung 160 wird von dem Schwingkörper 140 betreibbar gestützt. Die Arbeitsausrüstung 160 wird durch hydraulischen Druck angetrieben. Die Arbeitsausrüstung 160 enthält einen Ausleger 161, einen Arm 162 und eine Schaufel 163, die ein Arbeitsgerät ist. Der proximale Endabschnitt des Auslegers 161 ist drehbar an dem Schwingkörper 140 angebracht. Der proximale Endabschnitt des Arms 162 ist drehbar an dem distalen Endabschnitt des Auslegers 161 angebracht. Die Schaufel 163 ist drehbar an dem distalen Endabschnitt des Arms 162 angebracht. Hier wird der Abschnitt des Schwingkörpers 140, an dem die Arbeitsausrüstung 160 angebracht ist, als ein vorderer Abschnitt bezeichnet. Darüber hinaus werden in dem Schwingkörper 140 ein Abschnitt auf einer gegenüberliegenden Seite, ein Abschnitt auf einer linken Seite und ein Abschnitt auf einer rechten Seite in Bezug auf den vorderen Abschnitt als ein hinterer Abschnitt, ein linker Abschnitt und ein rechter Abschnitt bezeichnet.
Die Kabine 180 ist am vorderen Abschnitt des Schwingkörpers 140 vorgesehen. In der Kabine 180 sind eine Betriebsvorrichtung 141 für einen Bediener zur Bedienung der Arbeitsmaschine 100 und eine Überwachungsvorrichtung 142, die eine Mensch-Maschine-Schnittstelle der Steuervorrichtung 200 ist, vorgesehen. Die Überwachungsvorrichtung 142 ist beispielsweise durch einen Computer enthaltend ein Touchpanel realisiert.
Die Steuervorrichtung 200 steuert den Unterwagen 120, den Schwingkörper 140 und die Arbeitsausrüstung 160 basierend auf einem Betrieb der Betriebsvorrichtung durch den Bediener. Die Steuervorrichtung 200 ist zum Beispiel in der Kabine 180 angeordnet.
<<Antriebssystem der Arbeitsmaschine 100>>
2 ist ein Diagramm, das ein Antriebssystem der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Arbeitsmaschine 100 enthält eine Vielzahl von Aktuatoren zum Antrieb der Arbeitsmaschine 100. Im Einzelnen enthält die Arbeitsmaschine 100 einen Motor 111, eine Hydraulikpumpe 112, ein Steuerventil 113, ein Paar Fahrmotoren 114, einen Schwingmotor 115, einen Auslegerzylinder 116, einen Armzylinder 117 und einen Schaufelzylinder 118.
Der Motor 111 ist eine Antriebsmaschine, die die Hydraulikpumpe 112 antreibt.
Die Hydraulikpumpe 112 wird vom Motor 111 angetrieben und versorgt über das Steuerventil 113 den Fahrmotor 114, den Schwingmotor 115, den Auslegerzylinder 116, den Armzylinder 117 und den Schaufelzylinder 118 mit Hydrauliköl.
Das Steuerventil 113 steuert die Durchflussrate des von der Hydraulikpumpe 112 an den Fahrmotor 114, den Schwingmotor 115, den Auslegerzylinder 116, den Armzylinder 117 und den Löffelzylinder 118 bereitzustellenden Hydrauliköls.
Der Fahrmotor 114 wird durch das von der Hydraulikpumpe 112 bereitgestellte Hydrauliköl angetrieben und treibt den Unterwagen 120 an.
Der Schwingmotor 115 wird durch das von der Hydraulikpumpe 112 bereitgestellte Hydrauliköl angetrieben und lässt den Schwingkörper 140 in Bezug auf den Unterwagen 120 schwingen.
Der Auslegerzylinder 116 ist ein Hydraulikzylinder, der den Ausleger 161 antreibt. Der proximale Endabschnitt des Auslegerzylinders 116 ist an dem Schwingkörper 140 angebracht. Der distale Endabschnitt des Auslegerzylinders 116 ist am Ausleger 161 angebracht.
Der Armzylinder 117 ist ein Hydraulikzylinder zum Antrieb des Arms 162. Der proximale Endabschnitt des Armzylinders 117 ist an dem Ausleger 161 angebracht. Der distale Endabschnitt des Armzylinders 117 ist am Arm 162 angebracht.
Der Schaufelzylinder 118 ist ein Hydraulikzylinder zum Antrieb der Schaufel 163. Der proximale Endabschnitt des Schaufelzylinders 118 ist an dem Arm 162 angebracht. Der distale Endabschnitt des Schaufelzylinders 118 ist an der Schaufel 162 angebracht.
<<Messsystem der Arbeitsmaschine 100>>
Die Arbeitsmaschine 100 enthält eine Vielzahl von Sensoren zum Messen der Lage und Position der Arbeitsmaschine 100. Im Einzelnen enthält die Arbeitsmaschine 100 einen Neigungsmesser 101, einen Schwingwinkelsensor 102, einen Auslegerwinkelsensor 103, einen Armwinkelsensor 104, einen Schaufelwinkelsensor 105 und einen Nutzlastmesser 106.
Der Neigungsmesser 101 misst die Lage des Schwingkörpers 140. Der Neigungsmesser 101 misst die Neigung (zum Beispiel Roll-, Nick- und Gierwinkel) des Schwingkörpers 140 in Bezug auf eine horizontale Ebene. Als Neigungsmesser 101 ist eine Inertialmesseinheit (IMU) ein beispielhaftes Beispiel. In diesem Fall misst der Neigungsmesser 101 die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers 140 und berechnet basierend auf dem Messergebnis die Neigung des Schwingkörpers 140 gegenüber der horizontalen Ebene. Der Neigungsmesser 101 ist zum Beispiel unterhalb der Kabine 180 installiert. Der Neigungsmesser 101 gibt die Lagedaten des Schwingkörpers 140, die ein Messwert sind, an die Steuervorrichtung 200 aus.
Der Schwingwinkelsensor 102 misst den Schwingwinkel des Schwingkörpers 140 in Bezug auf den Unterwage 120. Der Messwert des Schwingwinkelsensors 102 zeigt beispielsweise Null an, wenn die Richtungen des Unterwagens 120 und des Schwingkörpers 140 zueinander passen. Der Schwingwinkelsensor 102 ist beispielsweise an dem Schwingzentrum des Schwingkörpers 140 installiert. Der Schwingwinkelsensor 102 gibt die Schwingwinkeldaten, die der Messwert sind, an die Steuervorrichtung 200 aus.
Der Auslegerwinkelsensor 103 misst einen Auslegerwinkel, der der Drehwinkel des Auslegers 161 in Bezug auf den Schwingkörper 140 ist. Der Auslegerwinkelsensor 103 kann eine am Ausleger 161 angebrachte IMU sein. In diesem Fall misst der Auslegerwinkelsensor 103 den Auslegerwinkel basierend auf der Neigung des Auslegers 161 gegenüber der horizontalen Ebene und der vom Neigungsmesser 101 gemessenen Neigung des Schwingkörpers. Der Messwert des Auslegerwinkelsensors 103 zeigt beispielsweise Null an, wenn die Richtung einer geraden Linie, die durch das proximale Ende und das distale Ende des Auslegers 161 verläuft, mit der Richtung von vorne nach hinten des Schwingkörpers 140 übereinstimmt. Übrigens kann der Auslegerwinkelsensor 103 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Hubsensor sein, der am Auslegerzylinder 116 angebracht ist. Darüber hinaus kann der Auslegerwinkelsensor 103 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Drehsensor sein, der an einem Stift angebracht ist, der den Schwingkörper 140 und den Ausleger 161 verbindet. Der Auslegerwinkelsensor 103 gibt Auslegerwinkeldaten, die der Messwert sind, an die Steuervorrichtung 200 aus.
Der Armwinkelsensor 104 misst einen Armwinkel, der der Drehwinkel des Arms 162 in Bezug auf den Ausleger 161 ist. Der Armwinkelsensor 104 kann eine IMU sein, die an dem Arm 162 angebracht ist. In diesem Fall misst der Armwinkelsensor 104 den Armwinkel basierend auf der Neigung des Arms 162 in Bezug auf die horizontale Ebene und dem vom Auslegerwinkelsensor 103 gemessenen Auslegerwinkel. Der Messwert des Armwinkelsensors 104 zeigt beispielsweise Null an, wenn die Richtung der durch das proximale Ende und das distale Ende des Arms 162 verlaufenden geraden Linie mit der Richtung der durch das proximale Ende und das distale Ende des Auslegers 161 verlaufenden geraden Linien übereinstimmt. Übrigens kann der Armwinkelsensor 104 gemäß einer anderen Ausführungsform die Winkelberechnung durch Anbringen eines Hubsensors am Armzylinder 117 durchführen. Darüber hinaus kann der Armwinkelsensor 104 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Drehsensor sein, der an einem Stift angebracht ist, der den Ausleger 161 und den Arm 162 verbindet. Der Armwinkelsensor 104 gibt Armwinkeldaten, der der Messwert sind, an die Steuervorrichtung 200 aus.
Der Schaufelwinkelsensor 105 misst einen Schaufelwinkel, der der Drehwinkel der Schaufel 163 in Bezug auf den Arm 162 ist. Der Schaufelwinkelsensor 105 kann ein Hubsensor sein, der im Schaufelzylinder 118 zum Antrieb der Schaufel 163 vorgesehen ist. In diesem Fall misst der Schaufelwinkelsensor 105 den Schaufelwinkel basierend auf den Hubbetrag des Schaufelzylinders. Der Messwert des Schaufelwinkelsensors 105 zeigt beispielsweise Null an, wenn die Richtung der geraden Linie, die durch das proximale Ende und die Zähne der Schaufel 163 verläuft, mit der Richtung der geraden Linie übereinstimmt, die durch das proximale Ende und das distale Ende des Arms 162 verläuft. Im Übrigen kann der Schaufelwinkelsensor 105 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Drehsensor sein, der an einem Stift vorgesehen ist, der den Arm 162 und die Schaufel 162 verbindet. Zusätzlich kann der Schaufelwinkelsensor 105 gemäß einer anderen Ausführungsform eine IMU sein, die an der Schaufel 163 angebracht ist. Der Schaufelwinkelsensor 105 gibt Winkeldaten, die der Messwert sind, an die Steuervorrichtung 200 aus.
Der Nutzlastmesser 106 misst das Gewicht der in der Schaufel 163 gehaltenen Last. Der Nutzlastmesser 106 misst zum Beispiel einen Bodendruck des Zylinders des Auslegers 161 und konvertiert den Bodendruck in das Gewicht der Last um. Darüber hinaus kann der Nutzlastmesser 106 zum Beispiel eine Lastzelle sein. Der Nutzlastmesser 106 gibt die Gewichtsdaten der Last, die der Messwert sind, an die Steuervorrichtung 200 aus.
<<Konfiguration der Steuervorrichtung 200>>
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuervorrrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Steuervorrichtung 200 ist ein Computer enthaltend einen Prozessor 210, einen Hauptspeicher 230, einen Speicher 250 und eine Schnittstelle 270. Die Steuervorrichtung 200 ist ein Beispiel für ein Steuersystem. Die Steuervorrichtung 200 empfängt Messwerte von dem Neigungsmesser 101, dem Schwingwinkelsensor 102, dem Auslegerwinkelsensor 103, dem Armwinkelsensor 104, dem Schaufelwinkelsensor 105 und dem Nutzlastmesser 106.
Der Speicher 250 ist ein nicht-transitorisches, greifbares Speichermedium. Als Speicher 250 sind Magnetscheiben, optische Platten, magneto-optische Scheiben, Halbleiterspeicher oder dergleichen beispielhafte Beispiele. Der Speicher 250 kann ein internes Medium sein, das direkt mit einem Bus der Steuervorrichtung 200 verbunden ist, oder ein externes Medium sein, das über die Schnittstelle 270 oder eine Kommunikationsleitung mit der Steuervorrichtung 200 verbunden ist. Der Speicher 250 speichert ein Steuerprogramm zur Steuerung der Arbeitsmaschine 100.
Das Steuerprogramm kann einige der von der Steuervorrichtung 200 aufzuweisenden Funktionen realisieren. Zum Beispiel kann das Steuerprogramm in Kombination mit einem anderen, bereits im Speicher 250 gespeicherten Programm oder in Kombination mit einem anderen, in einer anderen Vorrichtung implementierten Programm funktionieren. Übrigens kann die Steuervorrichtung 200 in einer anderen Ausführungsform zusätzlich zu der obigen Konfiguration oder anstelle der obigen Konfiguration eine kundenspezifische großformatige integrierte Schaltung (LSI) wie eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) enthalten. Beispielhafte Beispiel für PLD enthalten 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 ein Teil oder alle Funktionen des Prozessors durch die integrierte Schaltung realisiert werden.
In dem Speicher 250 werden Geometriedaten aufgezeichnet, die die Dimensionen und Positionen der Schwerpunkte des Schwingkörpers 140, des Auslegers 161, des Arms 162 und der Schaufel 163 darstellen. Die Geometriedaten sind Daten, die die Position eines Objekts in einem vorbestimmten Koordinatensystem darstellen.
<<Software-Konfiguration>>
Durch Ausführen des Steuerprogramms enthält der Prozessor 210 eine Betriebsbetragserfassungseinheit 211, eine Eingabeeinheit 212, eine Anzeigesteuereinheit 213, eine Messwerterfassungseinheit 214, eine Positionsspezifikationseinheit 215, eine Erzeugungseinheit 216, eine Drehungskonvertierungseinheit 217, eine Interventionsbestimmungseinheit 218, eine Interventionssteuereinheit 219 und eine Steuersignalausgabeeinheit 220.
Die Betriebsbetragserfassungseinheit 211 erfasst ein Betriebssignal, das einen Betriebsbetrag jedes Aktuators von der Betriebsvorrichtung 141 anzeigt.
Die Eingabeeinheit 212 empfängt eine Betriebseingabe durch einen Bediener von der Überwachungsvorrichtung 142.
Die Anzeigesteuereinheit 213 gibt die auf der Überwachungsvorrichtung 142 anzuzeigenden Bildschirmdaten an die Überwachungsvorrichtung 142 aus.
Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst Messwerte von dem Neigungsmesser 101, dem Schwingwinkelsensor 102, dem Auslegerwinkelsensor 103, dem Armwinkelsensor 104, dem Schaufelwinkelsensor 105 und dem Nutzlastmesser 106.
Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem an. Die äußere Schale der Arbeitsmaschine 100 ist eine äußere Form der Arbeitsmaschine 100. Die äußere Schale der Arbeitsmaschine 100 wird beispielsweise durch Formen definiert, die äußere Formen des Schwingkörpers 140 und der Arbeitsausrüstung 160 bilden. Insbesondere spezifiziert die Positionsspezifikationseinheit 215 die Position einer Vielzahl von Punkten an der äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem basierend auf verschiedenen Messwerten, die von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst werden, und der im Speicher 250 gespeicherten Geometriedaten fest. Die Vielzahl der Punkte der äußeren Schale, die von der Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert werden, enthalten Punkte der Zähne der Schaufel 163, des Endes (Armoberseite) des Arms 162 auf der Seite der Schaufel 163, des Endes (Armunterseite) des Arms 162 auf der Seite des Auslegers 161 und des hinteren Abschnitts des Gegengewichts des Schwingkörpers 140. Das Fahrzeugkörperkoordinatensystem ist ein kartesisches Koordinatensystem, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers 140 ist (beispielsweise ein Punkt, der durch das Schwingzentrum verläuft). Die Berechnung der Positionsspezifikationseinheit 215 wird später beschrieben. Der von der Positionsspezifikationseinheit 215 spezifizierte Punkt ist übrigens nicht darauf beschränkt.
Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zur Erzeugung der virtuellen Wand vom Bediener empfängt, berechnet die Erzeugungseinheit 216 die Parameter der virtuellen Wand auf der Grundlage der Position der Zähne der Schaufel 163, die von der Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert wird. Die Erzeugungseinheit 216 speichert den erzeugten Parameter der virtuellen Wand im Fahrzeugkörperkoordinatensystem im Hauptspeicher 230.
Die Drehungskonvertierungseinheit 217 aktualisiert den im Hauptspeicher 230 gespeicherten Parameter der virtuellen Wand in Verbindung mit der Schwingung des Schwingkörpers 140. Insbesondere konvertiert die Drehungskonvertierungseinheit 217 den Parameter der virtuellen Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems um den Betrag der Änderung des Nickwinkels, des Rollwinkels und des Gierwinkels, die von dem Neigungsmesser 101 gemessen werden. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Zurücksetzen der virtuellen Wand in Übereinstimmung mit einer Schwingung eines Schwingkörpers in der ersten Ausführungsform zeigt. Zum Beispiel, wie in 4 dargestellt, in einem Fall, in dem der Schwingkörper 140 schwingt, nachdem die virtuelle Wand festgelegt ist, berechnet die Drehungskonvertierungseinheit 217 den Betrag der Änderung des Rollwinkels, des Nickwinkels und des Gierwinkels, der durch das Schwingen des Schwingkörpers 140 verursacht wird, indem sie sich auf den Messwert des Neigungsmessers 101 bezieht, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und konvertiert den Parameter der virtuellen Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems drehen. Infolgedessen kann die Drehungskonvertierungseinheit 217 die durch das Schwingen des Schwingkörpers 140 verursachte Drehung der virtuellen Wand aufheben.
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 bestimmt, ob die Schwinggeschwindigkeit des Schwingkörpers 140 oder die Geschwindigkeit der Arbeitsausrüstung 160 zu limitieren ist, auf der Grundlage der Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von Punkten der äußeren Schale, die von der Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert werden, und der virtuellen Wand. Hiernach wird die Beschränkung der Geschwindigkeit des Schwingkörpers 140 oder der Arbeitsausrüstung 160 durch die Steuervorrichtung 200 auch als Interventionssteuerung bezeichnet. Insbesondere erhält die Interventionsbestimmungseinheit 218 einen minimalen Schwingwinkel, bis mindestens einer einer Vielzahl von Punkten der äußeren Schale und der virtuellen Wand miteinander in Kontakt kommen, und bestimmt, eine Interventionssteuerung an dem Schwingkörper 140 in einem Fall durchzuführen, in dem der minimale Schwingwinkel gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Winkel ist. Darüber hinaus erhält die Interventionsbestimmungseinheit 218 eine minimale Distanz zwischen der virtuellen Wand und der Arbeitsausrüstung 160 und bestimmt, dass die Interventionssteuerung an der Arbeitsausrüstung 160 in einem Fall durchgeführt wird, in dem die minimale Distanz gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Distanz ist.
Wenn die Interventionsbestimmungseinheit 218 bestimmt, die Interventionssteuerung durchzuführen, steuert die Interventionssteuereinheit 219 den Betriebsbetrag des Interventionsziels in den Betriebsbeträgen, die von der Betriebsbetragserfassungseinheit 211 erfasst werden.
Die Steuersignalausgabeeinheit 220 gibt den von der Betriebsbetragserfassungseinheit 211 erfassten Betriebsbetrag oder den von der Interventionsbestimmungseinheit 218 gesteuerten Betriebsbetrag an das Steuerventil 113 aus.
<<Berechnung der Positionsspezifikationseinheit 215>>
Hier wird ein Verfahren zum Spezifizieren der Position des Punktes an der äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100 durch die Positionsspezifikationseinheit 215 beschrieben. Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position des Punktes an der äußeren Schale auf der Grundlage der verschiedenen Messwerte, die von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst werden, und der Geometriedaten, die in dem Speicher 250 aufgezeichnet sind. In dem Speicher 250 werden Geometriedaten aufgezeichnet, die die Dimensionen und Positionen der Schwerpunkte des Schwingkörpers 140, des Auslegers 161, des Arms 162 und der Schaufel 163 darstellen.
Die Geometriedaten des Schwingkörpers 140 geben die Positionen (x_bm, y_bm und z_bm) des Sitft, der den Ausleger 161 des Schwingkörpers 140 stützt, und die Positionen (x_sp, y_sp und z_sp) des Punktes der äußeren Schale des Schwingkörpers 140 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem an, das ein lokales Koordinatensystem ist. Beispielhafte Beispiele für den Punkt der äußeren Schale des Schwingkörpers 140 enthalten ein Punkt, bei dem die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass er aufgrund eines Schwingens mit der Wandoberfläche in Kontakt kommt, wie beispielsweise ein Vorsprungspunkt des Gegengewichts. Das Fahrzuegkörperkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine X_sb-Achse, die sich in einer vorne-nach-hinten-Richtung erstreckt, eine Y_sb-Achse, die sich in einer rechts-nach-links-Richtung erstreckt, und eine Z_sb-Achse, die sich in einer oben-und-unten-Richtung erstreckt, konfiguriert ist, wobei das Schwingzentrum des Schwingkörpers 140 als Referenz dient. Die oben-und-unten-Richtung des Schwingkörpers 140 muss übrigens nicht notwendigerweise mit der vertikalen Richtung übereinstimmen.
Die Geometriedaten des Auslegers 161 zeigen eine Auslegerspitzenposition (x_am, y_am und z_am) im Auslegerkoordinatensystem an, das ein lokales Koordinatensystem ist. Das Auslegerkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine X_bm-Achse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, eine Y_bm-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Stift erstreckt, und eine Z_bm-Achse orthogonal zur X_bm-Achse und zur Y_bm-Achse konfiguriert ist, wobei die Position des Stift, der den Ausleger 161 und den Schwingkörper 140 verbindet, als Referenz dient. Die Position der Auslegerspitze ist die Position des Stifts, der den Ausleger 161 und den Arm 162 verbindet. Die Auslegerspitze ist einer der Punkte der äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100.
Die Geometriedaten des Arms 162 zeigen die obere Position des Arms (x_bk, y_bk und z_bk) im Armkoordinatensystem an, das ein lokales Koordinatensystem ist. Das Armkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine X_am-Achse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, eine Y_am-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Stift erstreckt, und eine Z_am-Achse orthogonal zur X_am-Achse und zur Y_am-Achse konfiguriert ist, wobei die Position des Stifts, der den Arm 162 und den Ausleger 161 verbindet, als Referenz dient. Die Position der Armspitze ist die Position des Stifts, der den Arm 162 und die Schaufel 163 miteinander verbindet. Die Armspitze ist einer der Punkte der äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100.
Die Geometriedaten der Schaufel 163 zeigen die Position (x_ed, y_ed und z_ed) der Zähne der Schaufel 163 im Schaufelkoordinatensystem an, das das lokale Koordinatensystem ist. Die Zähne sind einer der Punkte der äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100. Das Schaufelkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine X_bk-Achse, die sich in einer Richtung der Zähne erstreckt, eine Y_bk-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Stift erstreckt, und eine Z_bk-Achse, die orthogonal zu der X_bk-Achse und der Y_bk-Achse ist, konfiguriert ist, wobei die Position des Stifts, der die Schaufel 163 und den Arm 162 verbindet, als eine Referenz dient.
Die Positionsspezifikationseinheit 215 erzeugt eine Ausleger-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^bm _sb für die Konvertierung vom Auslegerkoordinatensystem in das Fahrzeugkörperkoordinatensystem durch die folgende Formel (1) auf der Grundlage des Messwerts eines Auslegerwinkels θ_bm, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und der Geometriedaten des Schwingkörpers 140. Die Ausleger-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^bm _sb ist eine Matrix, die eine Drehung um den Auslegerwinkel θ_bm um die Y_bm-Achse durchführt und eine Translation um eine Abweichung (x_bm, y_bm und z_bm) zwischen dem Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems und dem Ursprung des Auslegerkoordinatensystems durchführt.
Darüber hinaus erhält die Positionsspezifikationseinheit 215 die Position der Auslegerspitze im Fahrzeugkörperkoordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Position der Auslegerspitze im Auslegerkoordinatensystem, die durch die Geometriedaten des Auslegers 161 angezeigt wird, und der Ausleger-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^bm _sb erhält. $T_{s b}^{b m} = [\begin{matrix} cos θ_{b m} & 0 & sin θ_{b m} & x_{b m} \\ 0 & 1 & 0 & y_{b m} \\ - sin θ_{b m} & 0 & cos θ_{b m} & z_{b m} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
Die Positionsspezifikationseinheit 215 erzeugt eine Arm-Ausleger-Konvertierungsmatrix T^am _bm für die Konvertierung vom Armkoordinatensystem in das Auslegerkoordinatensystem durch die folgende Formel (2) basierend auf dem Messwert des Armwinkels θ_am, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und den Geometriedaten des Auslegers 161. Die Arm-Ausleger-Konvertierungsmatrix T^am _bm ist eine Matrix, die eine Drehung um den Armwinkel θ_am um die Y_am-Achse durchführt und eine Translation um eine Abweichung (x_am, y_am und z_am) zwischen dem Ursprung des Auslegerkoordinatensystems und dem Ursprung des Armkoordinatensystems durchführt. Außerdem erzeugt die Positionsspezifikationseinheit 215 eine Arm-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^am _sb für die Konvertierung vom Armkoordinatensystem in das Fahrzeugkörperkoordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Ausleger-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^bm _sb und der Arm-Ausleger-Konvertierungsmatrix T^am _bm erhält. Darüber hinaus erhält die Positionsspezifikationseinheit 215 die Position der Armspitze im Fahrzeugkörperkoordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Position der Armspitze im Armkoordinatensystem, die durch die Geometriedaten des Arms 162 angezeigt wird, und der Arm-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^am _sb erhält. $T_{b m}^{a m} = [\begin{matrix} cos θ_{a m} & 0 & sin θ_{a m} & x_{a m} \\ 0 & 1 & 0 & y_{a m} \\ - sin θ_{a m} & 0 & cos θ_{a m} & z_{a m} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
Die Positionsspezifikationseinheit 215 erzeugt eine Schaufel-Arm-Konvertierungsmatrix T^bk _am für die Konvertierung vom Schaufelkoordinatensystem in das Armkoordinatensystem durch die folgende Formel (3) auf der Grundlage des Messwerts eines Schaufelwinkels θ_bk, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und der Geometriedaten des Arms 162. Die Schaufel-Arm-Konvertierungsmatrix T^bk _am ist eine Matrix, die eine Drehung um den Schaufelwinkel θ_bk um die Y_bk-Achse durchführt und eine Translation um eine Abweichung (x_bk, y_bk und z_bk) zwischen dem Ursprung des Armkoordinatensystems und dem Ursprung des Schaufelkoordinatensystems durchführt. Zusätzlich erzeugt die Positionsspezifikationseinheit 215 eine Schaufel-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^bk _sb für die Umrechnung vom Schaufelkoordinatensystem in das Fahrzeugkörperkoordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Arm-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^am _sb und der Schaufel-Arm-Konvertierungsmatrix T^bk _am erhält. $T_{a m}^{b k} = [\begin{matrix} cos θ_{b k} & 0 & sin θ_{b k} & x_{b k} \\ 0 & 1 & 0 & y_{b k} \\ - sin θ_{b k} & 0 & cos θ_{b k} & z_{b k} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
Die Positionsspezifikationseinheit 215 erhält die Position der Zähne der Schaufel 163 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Position der Zähne im Schaufelkoordinatensystem, die durch die Geometriedaten der Schaufel 163 angezeigt wird, und der Schaufel-Fahrzeugkörper-Konvertierungsmatrix T^bk _sb erhält.
<<Steuerungsverfahren der Arbeitsmaschine 100>>
Hiernach wird ein Steuerverfahren der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Zunächst bedient der Bediener der Arbeitsmaschine 100 die Überwachungsvorrichtung 142 und legt die virtuelle Wand fest.
<<Festlegen der virtuellen Wand>>
Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zum Festlegen der virtuellen Wand von der Überwachungsvorrichtung 142 empfängt, verursacht die Anzeigesteuereinheit 213, dass ein Auswahlbildschirm für den Typ der festzulegenden virtuellen Wand auf der Überwachungsvorrichtung 142 angezeigt wird. Es gibt fünf Typen von virtuellen Wänden, die von der Steuervorrichtung 200 festgelegt werden können, nämlich eine vordere Wand, eine linke Wand, eine rechte Wand, eine obere Wand und eine untere Wand. Die vordere Wand, die linke Wand und die rechte Wand sind Wandflächen, die sich in vertikaler Richtung erstrecken. Die obere Wand und die untere Wand sind Wandflächen, die sich in horizontaler Richtung erstrecken.
(Festlegen der vorderen Wand)
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Festlegen der vorderen Wand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zum Festlegen der vorderen Wand von der Überwachungsvorrichtung 142 empfängt, veranlasst die Anzeigesteuereinheit 213, dass auf der Überwachungsvorrichtung 142 ein Führungsbildschirm enthaltend einen Festlegeknopf angezeigt wird (Schritt S101). Auf dem Führungsbildschirm wird die Anweisung angezeigt, die Zähne der Schaufel 163 zu dem Punkt zu bewegen, an dem die vordere Wand festgelegt werden soll, und den Festlegeknopf zu betätigen. Der Bediener betreibt die Arbeitsmaschine 100, bewegt die Zähne der Schaufel 163 in die gewünschte Position und betreibt dann den Festlegeknopf. Die Eingabeeinheit 212 empfängt den Betrieb des Festlegeknopfs von der Überwachungsvorrichtung 142 (Schritt S102).
Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte des Neigungsmessers 101, des Schwingwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Schaufelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Festlegeknopf betätigt wird (Schritt S103). Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position der Zähne der Schaufel 163 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem auf der Grundlage des erfassten Messwertes (Schritt S104).
Die Erzeugungseinheit 216 berechnet den Parameter der vorderen Wand, die sich in vertikaler Richtung erstreckt, auf der Grundlage des Rollwinkels und des Nickwinkels, die im Schritt S103 von dem Neigungsmesser 101 erfasst werden, und der Position der Zähne, die im Schritt S104 erhalten wird. Die virtuelle Wand wird durch einen Normalenvektor, der eine Normalenrichtung der virtuellen Wand anzeigt, und einen Positionsvektor, der die Position eines Punktes anzeigt, durch den die virtuelle Wand verläuft, dargestellt. Die Erzeugungseinheit 216 erhält einen Normalenvektor, indem sie einen Vektor, in dem der Wert der X_sb-Achse -1 ist, der Wert der Y_sb-Achse 0 ist und der Wert der Z_sb-Achse 0 ist, nur um den Rollwinkel und den Nickwinkel dreht (Schritt S105). Darüber hinaus legt die Erzeugungseinheit 216 den Vektor fest, der die Position der Zähne anzeigt, die im Schritt S104 erhalten werden, als einen Positionsvektor (Schritt S106). Die Erzeugungseinheit 216 speichert den erzeugten Parameter der vorderen Wand im Hauptspeicher 230 (Schritt S107). Übrigens wird in einem Fall, in dem der Parameter der vorderen Wand bereits in dem Hauptspeicher 230 aufgezeichnet wurde, der alte Parameter mit einem neuen Parameter überschrieben.
(Festlegen der rechten und linken Wand)
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Festlegung der Seitenwand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zum Festlegen der rechten Wand oder der linken Wand von der Überwachungsvorrichtung 142 empfängt, veranlasst die Anzeigesteuereinheit 213, dass ein erster Führungsbildschirm enthaltend einen Festlegeknopf auf der Überwachungsvorrichtung 142 angezeigt wird. Auf dem Führungsbildschirm wird die Anweisung angezeigt, die Zähne der Schaufel 163 an den Punkt zu bewegen, an dem die rechte Wand oder die linke Wand festgelegt werden soll, und den Festlegeknopf zu betätigen. Der Bediener betreibt die Arbeitsmaschine 100, bewegt die Zähne der Schaufel 163 in eine gewünschte Position und betätigt dann den Festlegeknopf.
Die Eingabeeinheit 212 empfängt den Betrieb der Festlegeknopfs von der Überwachungsvorrichtung 142 (Schritt S122).
Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte des Neigungsmessers 101, des Schwingwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Schaufelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106 zu dem Zeitpunkt, an dem der Festlegeknopf betätigt wird (Schritt S123). Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position (Position der Zähne zum ersten Mal) der Zähne der Schaufel 163 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem basierend auf dem erfassten Messwert (Schritt S124). Die Positionsspezifikationseinheit 215 zeichnet vorübergehend die spezifizierte Zahnposition und den Rollwinkel, den Nickwinkel und den Gierwinkel auf, die im Schritt S123 im Hauptspeicher 230 erfasst werden.
Als nächstes veranlasst die Anzeigesteuereinheit 213, dass ein zweiter Führungsbildschirm enthaltend den Festlegeknopf auf der Überwachungsvorrichtung 142 angezeigt wird (Schritt S125). Auf dem Führungsbildschirm wird die Anweisung angezeigt, die Zähne der Schaufel 163 an den Punkt zu bewegen, an dem die rechte Wand oder die linke Wand festgelegt werden soll und den Festlegeknopf zu betätigen. Der Bediener betreibt die Arbeitsmaschine 100, bewegt die Zähne der Schaufel 163 in eine Position, die von der in Schritt S122 festgelegten Position unterschiedlich ist, und betätigt dann den Festlegeknopf. Die Eingabeeinheit 212 empfängt den Betrieb des Festlegeknopfs von der Überwachungsvorrichtung 142 (Schritt S126).
Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte des Neigungsmessers 101, des Schwingwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Schaufelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106 zu dem Zeitpunkt, an dem der Festlegeknopf ein zweites Mal betätigt wird (Schritt S127). Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position (Position der Zähne zum zweiten Mal) der Zähne der Schaufel 163 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem basierend auf dem erfassten Messwert (Schritt S128).
Die Lage der Arbeitsmaschine 100, wenn die Position der Zähne zum ersten Mal gemessen wird, unterscheidet sich von der Lage der Arbeitsmaschine 100, wenn die Position der Zähne zum zweiten Mal gemessen wird. Daher dreht die Drehungskonvertierungseinheit 217 die im Hauptspeicher 230 aufgezeichnete Position der Zähne zum ersten Mal auf der Grundlage der Position der Zähne zum ersten Mal, des Rollwinkels, des Nickwinkels und des Gierwinkels , und dem Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel, wenn die Position der Zähne zum zweiten Mal gemessen wird (Schritt S129). Infolgedessen kann die Drehungskonvertierungseinheit 217 die Position der Zähne zum ersten Mal in die Position im Fahrzeugkörperkoordinatensystem zum aktuellen Zeitpunkt konvertieren.
Die Erzeugungseinheit 216 berechnet als Wandoberflächenvektor eine Differenz zwischen dem im Schritt S129 konvertierten Vektor, der die Zähne zum ersten Mal anzeigt, und dem im Schritt S128 erhaltenen Vektor, der die Position der Zähne zum zweiten Mal anzeigt (Schritt S130). Der Wandoberflächenvektor ist ein Vektor entlang der Wandoberfläche der virtuellen Wand und ist ein Vektor, der durch die Position der ersten Zähne und die Position der zweiten Zähne verläuft. Als nächstes berechnet die Erzeugungseinheit 216 einen vertikalen Vektor, der der vertikalen Richtung zugewandt ist, basierend auf dem Rollwinkel und dem Nickwinkel, wenn die Position der Zähne zum zweiten Mal gemessen wird (Schritt S131). Die Erzeugungseinheit 216 berechnet einen Normalenvektor, indem sie ein äußeres Produkt des im Schritt S130 berechneten Vektors und des vertikalen Vektors erhält (Schritt S132). Darüber hinaus erhält die Erzeugungseinheit 216 einen Positionsvektor basierend auf der Position der Zähne zum zweiten Mal, die im Schritt S128 erfasst wird (Schritt S133). Die Erzeugungseinheit 216 zeichnet den erzeugten Parameter der linken Wand oder der rechten Wand im Hauptspeicher 230 auf (Schritt S134). Im Übrigen wird in einem Fall, in dem der Parameter der linken Wand oder der rechten Wand bereits im Hauptspeicher 230 aufgezeichnet wurde, der alte Parameter mit einem neuen Parameter überschrieben.
(Festlegen der oberen Wand)
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Festlegen der oberen Wand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zum Festlegen der oberen Wand von der Überwachungsvorrichtung 142 empfängt, veranlasst die Anzeigesteuereinheit 213, dass ein Führungsbildschirm enthaltend einen Festlegeknopf auf der Überwachungsvorrichtung 142 angezeigt wird (Schritt S141). Auf dem Führungsbildschirm wird die Anweisung angezeigt, die Zähne der Schaufel 163 an den Punkt zu bewegen, an dem die obere Wand festgelegt werden soll, und den Festlegeknopf zu betätigen. Der Bediener betreibt die Arbeitsmaschine 100, bewegt die Zähne der Schaufel 163 in eine gewünschte Position und betätigt dann den Festlegeknopf. Die Eingabeeinheit 212 empfängt den Betrieb des Festlegeknopfs von der Überwachungsvorrichtung 142 (Schritt S142).
Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte des Neigungsmessers 101, des Schwingwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Schaufelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106 zu dem Zeitpunkt, an dem der Festlegeknopf betätigt (Schritt S143). Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position der Zähne der Schaufel 163 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem basierend auf dem erfassten Messwert (Schritt S144).
Die Erzeugungseinheit 216 berechnet den Parameter der oberen Wand, die sich in horizontaler Richtung erstreckt, basierend auf dem Rollwinkel und dem Nickwinkel, die von dem Neigungsmesser 101 im Schritt S143 erhalten werden, und der Position der Zähne, die im Schritt S144 erhalten wird. Die Erzeugungseinheit 216 erhält einen Normalenvektor durch Drehen eines Vektors, bei dem der Wert der X_sb-Achse 0 ist, der Wert der Y_sb-Achse 0 ist und der Wert der Z_sb-Achse ist, nur um den Rollwinkel und den Nickwinkel(Schritt S145). Darüber hinaus erhält die Erzeugungseinheit 216 einen Positionsvektor basierend auf der Position der Zähne, die im Schritt S144 erhalten wird (Schritt S146). Die Erzeugungseinheit 216 zeichnet den erzeugten Parameter der oberen Wand im Hauptspeicher 230 auf (Schritt S147). Im Übrigen wird in einem Fall, in dem der Parameter der oberen Wand bereits im Hauptspeicher 230 aufgezeichnet wurde, der alte Parameter mit einem neuen Parameter überschrieben.
(Festlegen der unteren Wand)
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Festlegen der unteren Wand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zur Festlegung der unteren Wand von der Überwachungsvorrichtung 142 empfängt, veranlasst die Anzeigesteuereinheit 213, dass ein Führungsbildschirm enthaltend ein Distanzeingabefeld und einen Feststellknopf auf der Überwachungsvorrichtung 142 angezeigt wird (Schritt S161). Auf dem Führungsbildschirm wird die Anweisung angezeigt, die Zähne des Löffels 163 über den Punkt zu bewegen, an dem die untere Wand festgelegt werden soll, eine Distanz von den Zähnen zur unteren Wand in das Distanzeingabefeld einzugeben und den Festlegeknopf zu betätigen. Im Distanzeingabefeld wird als Anfangswert 0 Meter eingegeben. Der Bediener betreibt die Arbeitsmaschine 100, bewegt die Zähne des Löffels 163 in eine gewünschte Position und betätigt dann den Festlegeknopf. Die Eingabeeinheit 212 empfängt eine Eingabe in das Distanzeingabefeld und einen Betrieb des Feststellknopfs von der Überwachungsvorrichtung 142 (Schritt S162). Die Eingabeeinheit 212 erfasst den Wert im Distanzeingabefeld zu dem Zeitpunkt, zu dem der Feststellknopf betätigt wird (Schritt S163).
Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte des Neigungsmessers 101, des Schwingwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Schaufelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106 zu dem Zeitpunkt, an dem der Festlegeknopf betätigt wird (Schritt S164). Die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifiziert die Position der Zähne der Schaufel 163 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem basierend auf dem erfassten Messwert (Schritt S165).
Die Erzeugungseinheit 216 berechnet den Parameter der unteren Wand, die sich in horizontaler Richtung erstreckt, basierend auf dem Rollwinkel und dem Nickwinkel, die von dem Neigungsmesser 101 im Schritt S164 erfasst wird, der Position der Zähne, die im Schritt S165 erhalten wird, und der im Schritt S163 erfassten Distanz. Die Erzeugungseinheit 216 erhält einen Normalenvektor durch Drehen eines Vektors, bei dem der Wert der X_sb-Achse 0 ist, der Wert der Y_sb-Achse 0 ist und der Wert der Z_sb-Achse 1 ist, nur um den Rollwinkel und den Nickwinkel (Schritt S166). Darüber hinaus erhält die Erzeugungseinheit 216 einen Positionsvektor, indem sie eine Summe des im Schritt S165 erhaltenen Vektors, der die Position der Zähne anzeigt, und eines Tiefenvektors erhält, der durch Multiplikation des Normalenvektors mit dem Distanz erhalten wird (Schritt S167). Die Erzeugungseinheit 216 zeichnet den erzeugten Parameter der unteren Wand im Hauptspeicher 230 auf (Schritt S168). Im Übrigen wird in einem Fall, in dem der Parameter der unteren Wand bereits im Hauptspeicher 230 aufgezeichnet wurde, der alte Parameter mit einem neuen Parameter überschrieben.
<<Update- und Interventionssteuerung der virtuellen Wand>>
Die Arbeitsmaschine 100 kann Arbeiten innerhalb eines Bereichs ausführen, den die Arbeitsausrüstung 160 durch Schwingen des Schwingkörpers 140 erreicht. Daher schwingt ein Bediener normalerweise die Arbeitsmaschine 100, wenn Arbeiten wie Aushubarbeiten ausgeführt werden. Da das Fahrzeugkörperkoordinatensystem den Schwingkörper 140 als Referenz hat, dreht sich das Fahrzeugkörperkoordinatensystem dem Schwingen der Arbeitsmaschine 100 folgend, wenn man es vom Standpunkt des globalen Koordinatensystems aus betrachtet. Wenn sich die im Fahrzeugkörperkoordinatensystem festgelegte virtuelle Wand entsprechend der Schwingung der Arbeitsmaschine 100 dreht, interferieren die rechte Wand und die linke Wand nicht mit der Arbeitsmaschine 100 und haben keine Bedeutung. Wenn beispielsweise die rechte Wand auf der rechten Seite des Schwingkörpers 140 angebracht ist, wird die rechte Wand immer auf der rechten Seite des Schwingkörpers 140 beibehalten und interferiert nicht mit der Arbeitsmaschine 100, unabhängig davon, wie der Schwingkörper geschwungen wird. Darüber hinaus wirkt die vordere Wand, wenn die vordere Wand dem Schwingen der Arbeitsmaschine 100 folgend rotiert, als ringförmige Wand statt als ebene Wand und fungiert somit nicht als virtuelle Wand entlang der Wandoberfläche eines Gebäudes.
Daher führt die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform eine Drehungskonvertierungsverarbeitung der virtuellen Wand durch, um die Position der virtuellen Wand im globalen Koordinatensystem vor und nach dem Schwingen der Arbeitsmaschine 100 beizubehalten.
9 und 10 sind Flussdiagramme, die die Update- und Interventionssteuerung der festgelegten virtuellen Wandsatzes in der ersten Ausführungsform zeigen. Wenn der Bediener der Arbeitsmaschine 100 durch die Betätigung der Überwachungsvorrichtung 142 mindestens eine virtuelle Wand festlegt, startet die Steuervorrichtung 200 die folgende Steuerung.
Die Betriebsbetragserfassungseinheit 211 erfasst Betriebssignale des Auslegers 161, des Arms 162, der Schaufel 163 und des Schwingkörpers 140 von der Betriebsvorrichtung 141 (Schritt S201). Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte des Neigungsmessers 101, des Schwingwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104, des Schaufelwinkelsensors 105 und des Nutzlastmessers 106 (Schritt S202).
Die Drehungskonvertierungseinheit 217 konvertiert jede von einer oder mehreren virtuellen Wänden, die im Hauptspeicher 230 gespeichert sind, basierend auf dem Rollwinkel, dem Nickwinkel und dem Gierwinkel des Schwingkörpers 140, die von dem Neigungsmesser 101 im Schritt S202 erfasst werden, dreht und aktualisiert (Schritt S203).
Die Positionsspezifikationseinheit 215 berechnet die Positionen der Vielzahl von Punkten auf der äußeren Schale der Arbeitsmaschine 100 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem auf der Grundlage des im Schritt S202 erfassten Messwerts (Schritt S204). Die Interventionsbestimmungseinheit 218 wählt die durch die Positionsspezifikationseinheit 215 spezifizierten Punkte einen nach dem anderen aus (Schritt S205) und führt die Verarbeitung von Schritt S206 bis Schritt S212 unten aus.
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 spezifiziert einen Querschnitt, der durch den im Schritt S205 ausgewählten Punkt verläuft und parallel zur X_sb-Y_sb-Ebene des Fahrzeugkörperkoordinatensystems verläuft (Schritt S206). Darüber hinaus spezifiziert die Interventionsbestimmungseinheit 218 einen Querschnitt, der durch den im Schritt S205 ausgewählten Punkt verläuft und parallel zur X_sb-Z_sb-Ebene des Fahrzeugkörperkoordinatensystems verläuft (Schritt S207).
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 wählt nacheinander eine oder mehrere im Hauptspeicher 230 festgelegte virtuelle Wände aus (Schritt S208) und führt die Verarbeitung von Schritt S209 bis Schritt S212 unten aus.
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 berechnet eine Schnittlinie zwischen dem im Schritt S206 erzeugten Querschnitt und der im Schritt S208 ausgewählten virtuellen Wand als horizontale virtuelle Wandlinie (Schritt S209). Im Übrigen kann die horizontale virtuelle Wandlinie nicht existieren, abhängig von der Positionsbeziehung zwischen dem in Schritt S206 erzeugten Querschnitt und der virtuellen Wand. Wenn die horizontale virtuelle Wandlinie existiert, erhält die Interventionsbestimmungseinheit 218 den Schwingwinkel, bei dem der in Schritt S205 ausgewählte Punkt mit der in Schritt S209 berechneten horizontalen virtuellen Wandlinie in Kontakt kommt, sowohl für den Rechtsschwung als auch für den Linksschwung (Schritt S210). Beispielsweise berechnet die Interventionsbestimmungseinheit 218 einen Schnittpunkt zwischen dem Kreis, der durch den im Schritt S205 ausgewählten Punkt mit dem Schwungzentrum als Zentrum verläuft, und der horizontalen virtuellen Wandlinie und erhält einen Winkel zwischen einem Liniensegment, das sich vom Schwingzentrum zu dem im Schritt S205 ausgewählten Punkt erstreckt, und dem Liniensegment, das sich vom Schwingzentrum zum Schnittpunkt erstreckt. Abhängig von der Positionsbeziehung zwischen dem in Schritt S205 ausgewählten Punkt und der horizontalen virtuellen Wandlinie kann der Schnittpunkt nicht existieren.
Darüber hinaus berechnet die Interventionsbestimmungseinheit 218 eine Schnittlinie zwischen dem im Schritt S207 erzeugten Querschnitt und der im Schritt S208 ausgewählten virtuellen Wand als vertikale virtuelle Wandlinie (Schritt S211). Abhängig von der Positionsbeziehung zwischen dem im Schritt S207 erzeugten Querschnitt und der virtuellen Wand kann die vertikale virtuelle Wandlinie nicht existieren. Wenn die vertikale virtuelle Wandlinie existiert, erhält die Interventionsbestimmungseinheit 218 eine Distanz zwischen dem im Schritt S205 ausgewählten Punkt und der im Schritt S211 berechneten vertikalen virtuellen Wandlinie (Schritt S212).
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 berechnet einen minimalen Schwingkwinkel, bei dem mindestens einer von einer Vielzahl von Punkten in Kontakt mit mindestens einer virtuellen Wand ist, sowohl für den Rechtsschwung als auch für den Linksschwung, basierend auf dem Schwingwinkel für jede virtuelle Wand an jedem Punkt auf der Arbeitsmaschine 100, der im Schritt S210 erhalten wird (Schritt S213).
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 berechnet die kürzeste Distanz zwischen der Arbeitsausrüstung 160 und der virtuellen Wand basierend auf einer Distanz zu jeder virtuellen Wand an jedem Punkt auf der Arbeitsmaschine 100, die im Schritt S212 erhalten wird (Schritt S214).
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 berechnet die Schwingrichtung und die Zielschwinggeschwindigkeit auf der Grundlage des im Schritt S201 erfassten Betriebssignals des Schwingkörpers 140 (Schritt S215). Die Interventionsbestimmungseinheit 218 bestimmt, ob der minimale Schwingwinkel in der Schwingrichtung, die durch das Betriebssignal angezeigt wird, größer als der Interventionsstartwinkel ist oder nicht (Schritt S216). Wenn der minimale Schwingwinkel größer als der Interventionsstartwinkel ist (Schritt S216: JA), führt die Interventionssteuereinheit 219 die Interventionssteuerung am Schwung nicht durch. Wenn andererseits der minimale Schwingwinkel gleich oder kleiner als der Interventionsstartwinkel ist (Schritt S216: NEIN), spezifiziert die Interventionssteuereinheit 219 eine Grenzwinkelgeschwindigkeit aus dem minimalen Schwingwinkel auf der Grundlage einer vorbestimmten Grenzwinkelgeschwindigkeitstabelle und beschränkt die Zielschwinggeschwindigkeit des Schwingkörpers 140 auf einen Wert, der gleich oder kleiner als die Grenzwinkelgeschwindigkeit ist (Schritt S217). Die Grenzwinkelgeschwindigkeitstabelle ist eine Funktion, die eine Beziehung zwischen dem minimalen Schwingwinkel und der Grenzwinkelgeschwindigkeit anzeigt, und ist eine Funktion, bei der die Grenzwinkelgeschwindigkeit umso kleiner ist, je kleiner der minimale Schwingwinkel ist.
Die Grenzwinkelgeschwindigkeitstabelle kann beispielsweise auf eine Verzögerungsrate festgelegt werden, bei der das Betriebsgefühl des Schwingkörpers 140 durch den Bediener nicht beeinträchtigt wird.
Die Interventionsbestimmungseinheit 218 berechnet eine Zielgeschwindigkeit der Arbeitsausrüstung 160 auf Grundlage der im Schritt S201 erfassten Betriebssignale des Auslegers 161, des Arms 162 und der Schaufel 163 (Schritt S218). Insbesondere berechnet die Interventionsbestimmungseinheit 218 die Zielgeschwindigkeiten des Auslegers 161, des Arms 162 und der Schaufel 163 auf Grundlage der im Schritt S201 erfassten Betriebssignale des Auslegers 161, des Arms 162 und der Schaufel 163. Als nächstes bestimmt die Interventionsbestimmungseinheit 218, ob die in Schritt S214 berechnete kürzeste Distanz länger als die Interventionsstartdistanz ist oder nicht (Schritt S219). Wenn die kürzeste Distanz länger als die Interventionsstartdistanz ist (Schritt S219: JA), führt die Interventionssteuereinheit 219 die Interventionssteuerung nicht an der Arbeitsausrüstung 160 durch. Wenn andererseits die kürzeste Distanz gleich oder kleiner ist als die Interventionsstartdistanz (Schritt S219: NEIN), wählt die Interventionssteuereinheit 219 jede der Achsen des Arbeitsgeräts 160 nacheinander aus und führt die folgende Verarbeitung von Schritt S221 bis Schritt S222 unten für die ausgewählte Achse durch (Schritt S220). Die Interventionssteuereinheit 219 bestimmt, ob die Betriebsrichtung der ausgewählten Achse ein Betrieb in einer Richtung ist, die sich der virtuellen Wand nähert (Schritt S221). Wenn die Betriebsrichtung der ausgewählten Achse nicht der Betrieb in Richtung der Annäherung an die virtuelle Wand ist (Schritt S220: NEIN), führt die Interventionssteuereinheit 219 die Interventionssteuerung nicht an der ausgewählten Achse durch. Wenn andererseits die Betriebsrichtung der ausgewählten Achse ein Betrieb in Richtung der Annäherung an die virtuelle Wand ist (Schritt S220: JA), spezifiziert die Interventionssteuereinheit 219 eine Grenzgeschwindigkeit basierend auf einer vorbestimmten Grenzgeschwindigkeitstabelle für die ausgewählte Achse und beschränkt die Zielgeschwindigkeit auf einen Wert, der gleich oder geringer als die Grenzgeschwindigkeit ist (Schritt S222).
Die Steuersignalausgabeeinheit 220 erzeugt ein Steuersignal basierend auf den Zielgeschwindigkeiten des Auslegers 161, des Arms 162 und der Schaufel 163 und der Zielwinkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers 140 und gibt das Steuersignal an das Steuerventil 113 aus (Schritt S223).
<<Aktionen und Effekte>>
Auf diese Weise konvertiert die Steuervorrichtung 200 die virtuelle Wand, die durch das Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, in Verbindung mit dem Schwingen des Schwingkörpers 140 drehendum und steuert die Arbeitsmaschine 100 so, dass die äußere Schale der Arbeitsmaschine 100 nicht mit der virtuellen Wand in Kontakt kommt. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 200 eine absolute Position der virtuellen Wand fixieren, indem sie die virtuelle Wand, die durch das Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, in Verbindung mit dem Schwingen des Schwingkörpers 140 dreht. Daher kann die Steuervorrichtung 200 den Betrieb der Arbeitsmaschine 100 durch die virtuelle Wand einer Ebene ohne Bezugnahme auf das globale Koordinatensystem beschränken. Durch die Festlegung der virtuellen Wand einer Ebene kann der Eintritt in einen üblicherweise durch die Ebene geteilten Bereich der Baustelle entsprechend beschränkt werden.
Wenn außerdem die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform die Position des distalen Endes der Arbeitsausrüstung 160 im Fahrzeugkörperkoordinatensystem spezifiziert und die virtuelle Wand an der Position des distalen Endes der Arbeitsausrüstung 160 erzeugt, wenn eine Erzeugungsanweisung der virtuellen Wand empfangen wird. Infolgedessen kann der Bediener die virtuelle Wand einfach festlegen, indem er die Arbeitsausrüstung betreibt und die Erzeugungsanweisung eingibt. Im Übrigen ist eine andere Ausführungsform nicht darauf beschränkt, und die virtuelle Wand kann beispielsweise dadurch festgelegt werden, dass der Bediener die Koordinaten der virtuellen Wand durch Betätigen der Überwachungsvorrichtung 142 eingibt.
Darüber hinaus erzeugt die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform die virtuelle Wand, die sich in vertikaler Richtung oder horizontaler Richtung erstreckt, basierend auf dem Messwert des Neigungsmessers 101. Im Allgemeinen wird ein Bereich einer Baustelle entlang einer vertikalen Richtung durch eine Mauer oder einen Zaun geteilt. Indem die virtuelle Wand so eingestellt wird, dass sie sich in vertikaler Richtung erstreckt, kann daher der Eintritt der Arbeitsmaschine 100 in den Bereich angemessen gesteuert werden. Da es außerdem allgemein gilt, dass die Arbeitsmaschine 100 so gesteuert wird, dass sie den tiefsten Punkt eines Hindernisses auf einer oberen Seite, beispielsweise einer Aufhängungslinie oder einer Decke, nicht überschreitet, wird die virtuelle Wand so festgelegt, dass sie sich in horizontaler Richtung erstreckt, sodass die Tiefstpunktkontrolle angemessen durchgeführt werden kann.
<Eine andere Ausführungsform>
Die Ausführungsformen wurden oben in Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben; die spezifischen Konfigurationen sind jedoch nicht auf die oben beschriebenen Konfigurationen beschränkt und es können verschiedene Designänderungen oder dergleichen vorgenommen werden. Das heißt, in einer anderen Ausführungsform kann die Reihenfolge der oben beschriebenen Verarbeitung entsprechend geändert werden. Darüber hinaus kann ein Teil der Verarbeitung parallel ausgeführt werden.
Die Steuervorrichtung 200 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann durch einen einzelnen Computer konfiguriert werden, oder die Konfiguration der Steuervorrichtung 200 kann so angeordnet sein, dass sie in eine Vielzahl von Computern unterteilt ist, und die Vielzahl von Computern können als die Steuervorrichtung 200 durch Kooperation miteinander fungieren. In diesem Fall kann ein Teil der Computer, die die Steuervorrichtung 200 bilden, innerhalb der Arbeitsmaschine 100 montiert sein und ein anderer Computer kann außerhalb der Arbeitsmaschine 100 vorgesehen werden.
Die Steuervorrichtung 200 gemäß einer anderen Ausführungsform bestimmt eine Grenzwinkelgeschwindigkeit basierend auf einer vorbestimmten Grenzwinkelgeschwindigkeitstabelle, wenn die Interventionssteuerung des Schwingbetriebs durchgeführt wird, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Trägheitsmoment der Arbeitsmaschine 100 ändert sich abhängig von der Lage der Arbeitsausrüstung 160 und dem Gewicht einer auf die Schaufel 163 geladenen Last. Daher kann die Interventionssteuereinheit 219 die Grenzwinkelgeschwindigkeit im Hinblick auf die Änderung des Trägheitsmoments bestimmen. Beispielsweise kann die Positionsspezifikationseinheit 215 die Position des Schwerpunkts jeder Komponente im Fahrzeugkörperkoordinatensystem spezifizieren, indem sie die Position des Schwerpunkts jeder Komponente in den Geometriedaten speichert. Die Interventionssteuereinheit 219 kann die Position des Schwerpunkts der Arbeitsausrüstung 160 auf der Grundlage eines Vektors ermitteln, der durch Multiplizieren jeder der Positionen des Schwerpunkts mit einem bekannten Gewicht erhalten wird, und weiterhin eines Vektors, der durch Multiplizieren der Position der Schaufel 163 mit dem Gewicht erhalten wird, das durch den Messwert des Nutzlastmessers 106 angezeigt wird. Infolgedessen kann die Interventionssteuereinheit 219 die Grenzwinkelgeschwindigkeit im Hinblick auf die Änderung des Trägheitsmoments bestimmen, indem sie die von der Winkelgeschwindigkeitstabelle erhaltene Grenzwinkelgeschwindigkeit mit einem Koeffizienten multipliziert, der einem Trägheitsverhältnis entspricht, das aus der Position des Schwerpunkts und dem Gewicht der Arbeitsausrüstung 160 berechnet wird.
Die Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform wird von einem Bediener bedient, der in die Kabine 180 einsteigt, die Arbeitsmaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Arbeitssystems gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt. Die Arbeitsmaschine 100 gemäß einer anderen Ausführungsform kann durch eine entfernte Betriebsvorrichtung 500 bedient werden, wie in 10 gezeigt. Die Arbeitsmaschine 100, die entfernt bedient werden, enthält zusätzlich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform weiterhin ein Bildgebungsgerät 119, und die Steuervorrichtung 200 überträgt ein vom Bildgebungsgerät 119 aufgenommenes Bild in Echtzeit an die entfernte Bedienvorrichtung 500. Die entferne Bedienvorrichtung 500 enthält einen Fahrersitz 510, eine Anzeige 520, ein eine Bedienvorrichtung 530 und einen entfernten Betriebsserver 540. Der entfernte Bedienserver 540 zeigt das von der Arbeitsmaschine 100 empfangene Bild auf dem Display 520 an. Der Bediener kann infolgedessen die Umgebungssituation der entfernten Arbeitsmaschine 100 erkennen. Darüber hinaus überträgt der entfernte Betriebsserver 540 ein Betriebssignal der Betriebsvorrichtung 530 durch den Bediener über ein Netzwerk an die Arbeitsmaschine 100. Der entfernte Betriebsserver 540 führt zumindest einen Teil der Funktionen der Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform aus. Das heißt, in dem Arbeitssystem enthaltend den entfernten Betriebsserver 540 bilden die Steuervorrichtung 200 und der entfernte Betriebsserver 540 das Arbeitssystem.
Obwohl die Schaufel 163 gemäß der ersten Ausführungsform an der Arbeitsausrüstung 160 angebracht ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Arbeitsausrüstung 160 gemäß einer anderen Ausführungsform anstelle der Schaufel auch andere Arbeitsausrüstung enthalten, beispielsweise einen Brecher oder einen Greifer. Darüber hinaus kann eine Arbeitsausrüstung wie die Schaufel 163 gemäß einer anderen Ausführungsform über eine Kippanbringung oder eine Kipp-Dreh-Anbringung am distalen Endabschnitt des Arms 162 angebracht werden.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Gemäß zumindest einem der obigen Aspekte kann ein Betrieb der Arbeitsmaschine durch eine virtuelle Wand einer Ebene ohne Bezug auf ein globales Koordinatensystem eingeschränkt werden.
[Bezugszeichenliste]

100: Arbeitsmaschine
101: Neigungsmesser
102: Schwingwinkelsensor
103: Auslegerwinkelsensor
104: Armwinkelsensor
105: Schaufelwinkelsensor
106: Nutzlastmesser
111: Motor
112: Hydraulikpumpe
113: Steuerventil
114: Fahrmotor
115: Schwingmotor
116: Auslegerzylinder
117: Armzylinder
118: Schaufelzylinder
120: Unterwagen
140: Schwingkörper
141: Betriebsvorrichtung
142: Überwachungsvorrichtung
160: Arbeitsausstattung
161: Ausleger
162: Arm
163: Schaufel
180: Kabine
200: Steuervorrichtung
210: Prozessor
211: Betriebsbetragserfassungseinheit
212: Eingabeeinheit
213: Displaysteuereinheit
214: Messwerterfassungseinheit
215: Positionsspezifikationseinheit
216: Erzeugungseinheit
217: Drehungskonvertierungseinheit
218: Interventionsbestimmungseinheit
219: Interventionssteuereinheit
220: Steuersignalausgabeeinheit
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 2021141532 [0002]
WO 2019189030 [0004]

Claims

Ein Steuersystem, das eine einen Schwingkörper, der konfiguriert ist, zu schwingen, enthaltende Arbeitsmaschine steuert, wobei das Steuersystem umfasst: einen Prozessor, wobei der Prozessor eine virtuelle Wand erzeugt, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers ist, drehend die virtuelle Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers konvertiert, eine Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem spezifiziert, und die Arbeitsmaschine steuert, sodass die äußere Schale nicht in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt.
Das Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der Prozessor einen Messwert von einem Neigungsmesser, der eine Lage des Schwingkörpers misst, erfasst, einen Änderungsbetrag in der Lage, der durch das Schwingen des Schwingkörpers verursacht wird, basierend auf dem Messwert berechnet, und drehend die virtuelle Wand basierend auf dem Änderungsbetrag in der Lage konvertiert.
Das Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Prozessor den Messwert von einem Neigungsmesser, der eine Lage des Schwingkörpers misst, erfasst, und die virtuelle Wand, die sich in einer vertikalen Richtung oder einer horizontalen Richtung erstreckt, basierend auf dem Messwert erzeugt.
Das Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Arbeitsmaschine eine Arbeitsausrüstung enthält, die an dem Schwingkörper vorgesehen ist, und der Prozessor eine Position eines distalen Endes der Arbeitsausrüstung spezifiziert, und die virtuelle Wand an der Position des distalen Endes der Arbeitsausrüstung erzeugt, wenn eine Erzeugungsanweisung der virtuellen Wand empfangen wird.
Das Steuersystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Prozessor Positionen einer Vielzahl von Punkten auf der äußeren Schale der Arbeitsmaschine spezifiziert, einen minimalen Schwingwinkel, an dem zumindest einer der Vielzahl von Punkten in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt, wenn der Schwingkörper geschwungen wird, basierend auf den Positionen der Vielzahl von Punkten erhält, und das Schwingen des Schwingkörpers basierend auf dem minimalen Schwingwinkel steuert.
Ein Steuerverfahren einer einen Schwingkörper, der konfiguriert ist, zu schwingen, enthaltenden Arbeitsmaschine, wobei das Steuerverfahren umfasst: einen Schritt des Erzeugens einer virtuellen Wand, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers ist; einen Schritt des drehenden Konvertierens der virtuellen Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers; einen Schritt des Spezifizierens einer Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem; und einen Schritt des Steuerns der Arbeitsmaschine, sodass die äußere Schale nicht in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt.
Ein Steuerprogramm, das einen Computer, der eine einen Schwingkörper, der konfiguriert ist, zu schwingen, enthaltende Arbeitsmaschine steuert, ausführen lässt: einen Schritt des Erzeugens einer virtuellen Wand, die durch eine Ebene an einem Fahrzeugkörperkoordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwingkörpers ist; einen Schritt des drehenden Konvertierens der virtuellen Wand um den Ursprung des Fahrzeugkörperkoordinatensystems in Verbindung mit einer Schwingung des Schwingkörpers; einen Schritt des Spezifizierens einer Position einer äußeren Schale der Arbeitsmaschine in dem Fahrzeugkörperkoordinatensystem; und einen Schritt des Steuerns der Arbeitsmaschine, sodass die äußere Schale nicht in Kontakt mit der virtuellen Wand kommt.