DE112022003034T5 - Tax system, tax procedure and tax program - Google Patents

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DE112022003034T5
DE112022003034T5 DE112022003034.8T DE112022003034T DE112022003034T5 DE 112022003034 T5 DE112022003034 T5 DE 112022003034T5 DE 112022003034 T DE112022003034 T DE 112022003034T DE 112022003034 T5 DE112022003034 T5 DE 112022003034T5
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Kazuki Takehara
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2025Particular purposes of control systems not otherwise provided for
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
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Abstract

Ein Prozessor erzeugt eine Gestaltungsebene, die durch eine Ebene auf einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt eines Schwenkkörpers ist. Der Prozessor wandelt die Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in Verbindung mit einem Schwenkkörper rotierend um. Der Prozessor gibt eine Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem vor. Der Prozessor steuert das Anbaugerät in Abhängigkeit von der vorgegebenen Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene.A processor generates a design plane defined by a plane on a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of a swivel body. The processor rotates the design plane around the origin of the vehicle body coordinate system in conjunction with a swivel body. The processor specifies a position of the attachment in the vehicle body coordinate system. The processor controls the attachment depending on the specified position of the attachment and the design plane.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem, ein Steuerverfahren und ein Steuerprogramm.The present invention relates to a control system, a control method and a control program.

Es wird die Priorität der am 31. August 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2021- 141 520 beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.Priority is claimed from Japanese Patent Application No. 2021- 141 520 claimed, the contents of which are incorporated herein by reference.

Stand der TechnikState of the art

Wie in Patentdokument 1 offenbart, ist eine Technik bekannt, die ein Anbaugerät so steuert, dass sich ein Löffel in einer Arbeitsmaschine nicht über eine Gestaltungsebene hinausbewegt, die eine Sollform eines Aushubziels aufweist.As disclosed in Patent Document 1, a technique is known that controls an attachment so that a bucket in a work machine does not move beyond a design plane having a target shape of an excavation target.

ZitationslisteCitation list

PatentdokumentPatent document

[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. 5 654 144 [Patent Document 1] Japanese Patent No. 5 654 144

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Technik kann eine Steuervorrichtung die Position des Anbaugeräts in einem globalen Koordinatensystem unter Verwendung des GNSS erkennen, so dass die Steuerung der Zähne in Bezug auf die Gestaltungsebene erfolgen kann. Es ist jedoch nicht immer möglich, sich auf das globale Koordinatensystem zu beziehen, das von der Sichtumgebung eines Satelliten oder einer Konfiguration der Arbeitsmaschine abhängig ist. Wenn die Arbeitsmaschine beispielsweise in einem Innenraum arbeitet, ist die Sicht auf den Satelliten schlecht und das GNSS kann nicht verwendet werden.In the technique described in Patent Document 1, a control device can recognize the position of the attachment in a global coordinate system using the GNSS, so that control of the teeth can be performed with respect to the design plane. However, it is not always possible to refer to the global coordinate system, which depends on the viewing environment of a satellite or a configuration of the work machine. For example, when the work machine is working indoors, the visibility of the satellite is poor and the GNSS cannot be used.

Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem, ein Steuerverfahren und ein Steuerprogramm bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Gestaltungsebene zur Steuerung eines Anbaugerätes zu erzeugen, ohne sich auf ein globales Koordinatensystem zu beziehen.Therefore, it is an object of the present invention to provide a control system, a control method and a control program capable of generating a design plane for controlling an attachment without referring to a global coordinate system.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert ein Steuersystem eine Arbeitsmaschine, die einen Unterwagen, der zum Fahren konfiguriert ist, einen Schwenkkörper, der so konfiguriert ist, dass er von dem Unterwagen schwenkbar getragen wird, und ein Anbaugerät, das so konfiguriert ist, dass es von dem Schwenkkörper betriebsfähig getragen wird, umfasst. Das Steuersystem umfasst eine Steuereinheit. Der Prozessor erzeugt eine Gestaltungsebene, die durch eine Ebene in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt eines Schwenkkörpers ist. Der Prozessor führt eine Rotationsumwandlung an der Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in Verbindung mit einem Schwenkkörper durch. Der Prozessor legt eine Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem fest. Der Prozessor steuert das Anbaugerät in Abhängigkeit von der vorgegebenen Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene.According to a first aspect of the present invention, a control system controls a work machine including an undercarriage configured to travel, a swing body configured to be swingably supported by the undercarriage, and an attachment configured to be operably supported by the swing body. The control system includes a control unit. The processor generates a design plane defined by a plane in a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of a swing body. The processor performs a rotation conversion on the design plane about the origin of the vehicle body coordinate system in association with a swing body. The processor sets a position of the attachment in the vehicle body coordinate system. The processor controls the attachment depending on the predetermined position of the attachment and the design plane.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuerverfahren einer Arbeitsmaschine, die einen Unterwagen, der zum Fahren konfiguriert ist, einen Schwenkkörper, der so konfiguriert ist, dass er von dem Unterwagen schwenkbar getragen wird, und ein Anbaugerät, das so konfiguriert ist, dass es von dem Schwenkkörper betriebsfähig getragen wird, umfasst, einen Erzeugungsschritt, einen Rotationsumwandlungsschritt, einen Spezifizierungsschritt und einen Steuerschritt. Der Erzeugungsschritt erzeugt eine Gestaltungsebene, die durch eine Ebene in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwenkkörpers ist. Der Rotationsumwandlungsschritt wandelt die Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in Verbindung mit einem Schwenkkörper rotierend um. Der Spezifizierungsschritt legt eine Position des Anbaugeräts im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem fest. Der Steuerschritt steuert das Anbaugerät auf der Grundlage der vorgegebenen Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene.According to a second aspect of the present invention, a control method of a work machine including an undercarriage configured to travel, a swing body configured to be swingably supported by the undercarriage, and an attachment configured to be operatively supported by the swing body includes a generation step, a rotation conversion step, a specification step, and a control step. The generation step generates a design plane defined by a plane in a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of the swing body. The rotation conversion step rotationally converts the design plane around the origin of the vehicle body coordinate system in association with a swing body. The specification step sets a position of the attachment in the vehicle body coordinate system. The control step controls the attachment based on the predetermined position of the attachment and the design plane.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung führt ein Steuerprogramm, das ein Steuerprogramm ist, das in einem Computer einer Arbeitsmaschine ausgeführt wird, die einen Unterwagen, der zum Fahren konfiguriert ist, einen Schwenkkörper, der so konfiguriert ist, dass er von dem Unterwagen schwenkbar getragen wird, und ein Anbaugerät, das so konfiguriert ist, dass es von dem Schwenkkörper betriebsfähig getragen wird, umfasst, einen Erzeugungsschritt, einen Rotationsumwandlungsschritt, einen Spezifizierungsschritt und einen Steuerschritt aus. Der Erzeugungsschritt erzeugt eine Gestaltungsebene, die durch eine Ebene in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwenkkörpers ist. Der Rotationsumwandlungsschritt wandelt die Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in Verbindung mit einem Schwenkkörper rotierend um. According to a third aspect of the present invention, a control program, which is a control program executed in a computer of a work machine including an undercarriage configured to travel, a swing body configured to be swingably supported by the undercarriage, and an attachment configured to be operatively supported by the swing body, executes a generation step, a rotation conversion step, a specification step, and a control step. The generation step generates a design plane defined by a plane in a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of the swing body. The rotation conversion step converts the design plane around the origin of the vehicle body coordinate system. tems in conjunction with a swivel body rotates.

Der Spezifizierungsschritt legt eine Position des Anbaugeräts im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem fest. Der Steuerschritt steuert das Anbaugerät auf der Grundlage der angegebenen Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene.The specification step specifies a position of the attachment in the vehicle body coordinate system. The control step controls the attachment based on the specified position of the attachment and the design plane.

Vorteilhafte Auswirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Gemäß mindestens einem der zuvor beschriebenen Aspekte ist es möglich, eine Gestaltungsebene zur Steuerung eines Anbaugerätes zu erzeugen, ohne sich auf ein globales Koordinatensystem zu beziehen.According to at least one of the aspects described above, it is possible to create a design plane for controlling an attachment without referring to a global coordinate system.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Arbeitsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 1 is a schematic view showing a configuration of a work machine according to a first embodiment.
  • 2 ist eine schematische Ansicht eines Antriebssystems der Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform. 2 is a schematic view of a drive system of the working machine according to the first embodiment.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 3 is a schematic block diagram showing a configuration of a control device according to the first embodiment.
  • 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Zurücksetzen einer Gestaltungsebene gemäß einer Schwenkbewegung eines Schwenkkörpers in der ersten Ausführungsform zeigt. 4 is a diagram showing an example of resetting a design plane according to a swing movement of a swing body in the first embodiment.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Einstellung der Gestaltungsebene gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 5 is a flowchart showing a method for setting the design level according to the first embodiment.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Aktualisierungs- und Eingriffssteuerung der Gestaltungsebene gemäß dem eingestellten Schwenken gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 is a flowchart showing updating and intervention control of the design plane according to the set panning according to the first embodiment.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das die von der Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführte Aktualisierungsverarbeitung der Gestaltungsebene zeigt. 7 is a flowchart showing the design level update processing performed by the control unit according to the first embodiment.
  • 8 ist ein Diagramm, das eine Änderung der Gestaltungsebene vor und nach der Bewegung der Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 8th is a diagram showing a change in the design plane before and after the movement of the working machine according to the first embodiment.
  • 9 ist eine Ansicht, die die Bewegung der Gestaltungsebene gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 9 is a view showing the movement of the design plane according to the first embodiment.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

<ErsteAusführungsform><FirstEmbodiment>

«Konfiguration der Arbeitsmaschine»«Configuration of the working machine»

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist z. B. ein Hydraulikbagger. Die Arbeitsmaschine 100 umfasst einen Unterwagen 120, einen Schwenkkörper 140, ein Anbaugerät 160, eine Fahrerkabine 180 und eine Steuervorrichtung 200. Die Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt durch eine Betätigung eines Bedieners eine ebene Gestaltungsebene und wird so gesteuert, dass die Zähne die Gestaltungsebene nicht überschreiten. Da die Gestaltungsebene in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem festgelegt ist, kann der Bau unter Verwendung der Gestaltungsebene auch in einem Fall realisiert werden, in dem eine Positionierung durch GNSS oder dergleichen nicht möglich ist, wie z.B. in einem Fall, in dem die Arbeitsmaschine 100 einen Tunnel baut. 1 is a schematic view showing a configuration of a work machine 100 according to the first embodiment. The work machine 100 according to the first embodiment is, for example, a hydraulic excavator. The work machine 100 includes an undercarriage 120, a swing body 140, an attachment 160, an operator's cab 180, and a control device 200. The work machine 100 according to the first embodiment generates a flat design plane by an operator's operation, and is controlled so that the teeth do not exceed the design plane. Since the design plane is set in a vehicle body coordinate system, construction using the design plane can be realized even in a case where positioning by GNSS or the like is not possible, such as in a case where the work machine 100 builds a tunnel.

Der Unterwagen 120 trägt die Arbeitsmaschine 100 verfahrbar. Der Unterwagen 120 umfasst z. B. ein Paar linker und rechter Raupenbänder.The undercarriage 120 supports the work machine 100 in a movable manner. The undercarriage 120 includes, for example, a pair of left and right crawler tracks.

Der Schwenkkörper 140 ist am Unterwagen 120 um eine Mitte schwenkbar gelagert. Der Schwenkkörper 140 ist ein Beispiel für einen Fahrzeugkörper der Arbeitsmaschine 100.The swivel body 140 is mounted on the undercarriage 120 so that it can swivel around a center. The swivel body 140 is an example of a vehicle body of the work machine 100.

Das Anbaugerät 160 ist am Schwenkkörper 140 funktionsfähig gelagert. Das Anbaugerät 160 wird durch Hydraulikdruck angetrieben. Die Arbeitsausrüstung 160 umfasst einen Ausleger 161, einen Arm 162 und einen Löffel 163, der ein Anbaugeräteelement ist. Der proximale Endabschnitt des Auslegers 161 ist drehbar an dem Schwenkkörper 140 angebracht. Der proximale Endabschnitt des Arms 162 ist drehbar mit dem distalen Endabschnitt des Auslegers 161 verbunden. Der proximale Endabschnitt des Löffels 163 ist drehbar mit dem distalen Endabschnitt des Arms 162 verbunden. Der Teil des Schwenkkörpers 140, an dem das Anbaugerät 160 angebracht ist, wird hier als vorderer Abschnitt bezeichnet. Darüber hinaus werden im Schwenkkörper 140 ein Teil auf einer gegenüberliegenden Seite, ein Teil auf einer linken Seite und ein Teil auf einer rechten Seite in Bezug auf den vorderen Abschnitt als hinterer Abschnitt, linker Abschnitt und rechter Abschnitt bezeichnet.The attachment 160 is operatively supported on the swing body 140. The attachment 160 is driven by hydraulic pressure. The work equipment 160 includes a boom 161, an arm 162, and a bucket 163 which is an attachment member. The proximal end portion of the boom 161 is rotatably attached to the swing body 140. The proximal end portion of the arm 162 is rotatably connected to the distal end portion of the boom 161. The proximal end portion of the bucket 163 is rotatably connected to the distal end portion of the arm 162. The part of the swing body 140 to which the attachment 160 is attached is referred to herein as a front portion. Moreover, in the swing body 140, a part on an opposite side, a part on a left side, and a part on a right side with respect to the front portion are referred to as a rear portion, a left portion, and a right portion.

Die Fahrerkabine 180 ist am vorderen Abschnitt des Schwenkkörpers 140 angeordnet. In der Fahrerkabine 180 befinden sich eine Bedienungsvorrichtung 141, mit der ein Bediener die Arbeitsmaschine 100 bedienen kann, und eine Bildschirmvorrichtung 142, die eine Mensch-Maschine-Schnittstelle der Steuervorrichtung 200 darstellt. Der Bildschirm 142 ist z.B. durch einen Computer mit Touchpanel realisiert.The driver's cabin 180 is arranged at the front section of the swivel body 140. In the driver's cabin 180 there is an operating device 141 with which an operator can operate the work machine 100, and a screen device 142 which represents a human-machine interface of the control device 200. The screen 142 is implemented, for example, by a computer with a touch panel.

Die Steuervorrichtung 200 steuert den Unterwagen 120, den Schwenkkörper 140 und das Anbaugerät 160 auf der Grundlage einer Betätigung der Bedienungsvorrichtung durch den Fahrer. Die Steuervorrichtung 200 ist zum Beispiel in der Fahrerkabine 180 angeordnet.The control device 200 controls the undercarriage 120, the swing body 140 and the attachment 160 based on an operation of the control device by the driver. The control device 200 is arranged, for example, in the driver's cab 180.

<<Antriebssystem der Arbeitsmaschine 100>><<Drive system of the working machine 100>>

2 ist eine schematische Ansicht eines Antriebssystems der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform. 2 is a schematic view of a drive system of the work machine 100 according to the first embodiment.

Die Arbeitsmaschine 100 umfasst eine Vielzahl von Aktuatoren zum Antrieb derArbeitsmaschine 100. Im Einzelnen umfasst die Arbeitsmaschine 100 einen Motor 111, eine Hydraulikpumpe 112, ein Steuerventil 113, ein Paar Fahrmotoren 114, einen Schwenkmotor 115, einen Auslegerzylinder 116, einen Armzylinder 117 und einen Löffelzylinder 118.The work machine 100 includes a plurality of actuators for driving the work machine 100. Specifically, the work machine 100 includes an engine 111, a hydraulic pump 112, a control valve 113, a pair of travel motors 114, a swing motor 115, a boom cylinder 116, an arm cylinder 117, and a bucket cylinder 118.

Der Motor 111 ist eine Antriebsmaschine, die die Hydraulikpumpe 112 antreibt.The motor 111 is a prime mover that drives the hydraulic pump 112.

Die Hydraulikpumpe 112 wird vom Motor 111 angetrieben und versorgt über das Steuerventil 113 den Fahrmotor 114, den Schwenkmotor 115, den Auslegerzylinder 116, den Armzylinder 117 und den Löffelzylinder 118 mit Hydrauliköl.The hydraulic pump 112 is driven by the engine 111 and supplies the travel motor 114, the swing motor 115, the boom cylinder 116, the arm cylinder 117 and the bucket cylinder 118 with hydraulic oil via the control valve 113.

Das Steuerventil 113 regelt die Durchflussmenge des Hydrauliköls, das von der Hydraulikpumpe 112 dem Fahrmotor 114, dem Schwenkmotor 115, dem Auslegerzylinder 116, dem Armzylinder 117 und dem Löffelzylinder 118 zugeführt wird.The control valve 113 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 112 to the travel motor 114, the swing motor 115, the boom cylinder 116, the arm cylinder 117 and the bucket cylinder 118.

Der Fahrmotor 114 wird durch das von der Hydraulikpumpe 112 zugeführte Hydrauliköl angetrieben und treibt den Unterwagen 120 an.The travel motor 114 is driven by the hydraulic oil supplied by the hydraulic pump 112 and drives the undercarriage 120.

Der Schwenkmotor 115 wird durch das von der Hydraulikpumpe 112 zugeführte Hydrauliköl angetrieben und bewirkt das Schwenken des Schwenkkörpers 140 in Bezug auf den Unterwagen 120.The swing motor 115 is driven by the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 112 and causes the swinging of the swing body 140 with respect to the undercarriage 120.

Der Auslegerzylinder 116 ist ein Hydraulikzylinder, der den Ausleger 161 antreibt. Der proximale Endabschnitt des Auslegerzylinders 116 ist an dem Schwenkkörper 140 befestigt. Der distale Endabschnitt des Auslegerzylinders 116 ist an dem Ausleger 161 befestigt.The boom cylinder 116 is a hydraulic cylinder that drives the boom 161. The proximal end portion of the boom cylinder 116 is fixed to the swing body 140. The distal end portion of the boom cylinder 116 is fixed to the boom 161.

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 an dem Arm 162 befestigt.The arm cylinder 117 is a hydraulic cylinder for driving the arm 162. The proximal end portion of the arm cylinder 117 is attached to the boom 161. The distal end portion of the arm cylinder 117 is fixed to the arm 162.

Der Löffelzylinder 118 ist ein Hydraulikzylinder zum Antrieb des Löffels 163. Der proximale Endabschnitt des Löffelzylinders 118 ist an dem Arm 162 befestigt. Der distale Endabschnitt des Löffelzylinders 118 ist an dem Löffel 163 befestigt.The bucket cylinder 118 is a hydraulic cylinder for driving the bucket 163. The proximal end portion of the bucket cylinder 118 is fixed to the arm 162. The distal end portion of the bucket cylinder 118 is fixed to the bucket 163.

<<Messsystem der Arbeitsmaschine 100>><<Measuring system of the working machine 100>>

Die Arbeitsmaschine 100 umfasst eine Vielzahl von Sensoren zur Messung der Haltung und Position der Arbeitsmaschine 100. Im Einzelnen umfasst die Arbeitsmaschine 100 eine Neigungsmessvorrichtung 101, einen Schwenkwinkelsensor 102, einen Auslegerwinkelsensor 103, einen Armwinkelsensor 104 und einen Löffelwinkelsensor 105.The work machine 100 includes a plurality of sensors for measuring the posture and position of the work machine 100. Specifically, the work machine 100 includes an inclination measuring device 101, a swing angle sensor 102, a boom angle sensor 103, an arm angle sensor 104, and a bucket angle sensor 105.

Die Neigungsmessvorrichtung 101 misst die Haltung des Schwenkkörpers 140. Die Neigungsmessvorrichtung 101 misst die Neigung (z. B. Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel) des Schwenkkörpers 140 in Bezug auf eine horizontale Ebene. Als Neigungsmessvorrichtung 101 dient beispielsweise eine inertiale Messeinheit (IMU). In diesem Fall misst die Neigungsmessvorrichtung 101 die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 140 und berechnet aus dem Messergebnis die Neigung des Schwenkkörpers 140 in Bezug auf die Horizontalebene. Die Neigungsmessvorrichtung 101 ist z.B. unterhalb der Fahrerkabine 180 montiert. Die Neigungsmessvorrichtung 101 gibt die Haltungsdaten des Schwenkkörpers 140, die einen Messwert darstellen, an die Steuervorrichtung 200 aus.The inclination measuring device 101 measures the attitude of the swivel body 140. The inclination measuring device 101 measures the inclination (e.g. roll angle, pitch angle and yaw angle) of the swivel body 140 with respect to a horizontal plane. An inertial measurement unit (IMU) is used as the inclination measuring device 101, for example. In this case, the inclination measuring device 101 measures the acceleration and the angular velocity of the swivel body 140 and calculates the inclination of the swivel body 140 with respect to the horizontal plane from the measurement result. The inclination measuring device 101 is mounted, for example, below the driver's cab 180. The inclination measuring device 101 outputs the attitude data of the swivel body 140, which represents a measured value, to the control device 200.

Der Schwenkwinkelsensor 102 misst den Schwenkwinkel des Schwenkkörpers 140 in Bezug auf den Unterwagen 120. Der Messwert des Schwenkwinkelsensors 102 zeigt z.B. Null an, wenn die Richtungen des Unterwagens 120 und des Schwenkkörpers 140 übereinstimmen. Der Schwenkwinkelsensor 102 ist z. B. in der Mitte des Schwenkkörpers 140 montiert. Der Schwenkwinkelsensor 102 gibt die Schwenkwinkeldaten, d.h. den Messwert, an die Steuervorrichtung 200 aus.The swivel angle sensor 102 measures the swivel angle of the swivel body 140 with respect to the undercarriage 120. The measured value of the swivel angle sensor 102 indicates, for example, zero when the directions of the undercarriage 120 and the swivel body 140 match. The swivel angle sensor 102 is mounted, for example, in the center of the swivel body 140. The swivel angle sensor 102 outputs the swivel angle data, i.e. the measured value, to the control device 200.

Der Auslegerwinkelsensor 103 misst den Winkel des Auslegers, d. h. den Drehwinkel des Auslegers 161 in Bezug auf den Schwenkkörper 140. Bei dem Auslegerwinkelsensor 103 kann es sich um eine am Ausleger 161 angebrachte IMU handeln. In diesem Fall misst der Auslegerwinkelsensor 103 den Auslegerwinkel auf der Grundlage der Neigung des Auslegers 161 gegenüber der horizontalen Ebene und der vom Neigungsmesser 101 gemessenen Neigung des Schwenkkörpers. Der Messwert des Auslegerwinkelsensors 103 zeigt beispielsweise Null an, wenn die Richtung einer durch das proximale Ende und das distale Ende des Auslegers 161 verlaufenden Geraden mit der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung des Schwenkkörpers 140 übereinstimmt. Übrigens kann der Auslegerwinkelsensor 103 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Hubsensor sein, der an dem Auslegerzylinder 116 angebracht ist. Darüber hinaus kann der Auslegerwinkelsensor 103 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Rotationssensor sein, der an einem Stift angebracht ist, der den Schwenkkörper 140 und den Ausleger 161 verbindet. Der Auslegerwinkelsensor 103 gibt Auslegerwinkeldaten, d. h. den Messwert, an die Steuervorrichtung 200 aus.The boom angle sensor 103 measures the angle of the boom, ie the angle of rotation of the boom 161 with respect to the swivel body 140. The boom angle sensor 103 may be an IMU attached to the boom 161. In the In this case, the boom angle sensor 103 measures the boom angle based on the inclination of the boom 161 from the horizontal plane and the inclination of the swing body measured by the inclinometer 101. For example, the measured value of the boom angle sensor 103 indicates zero when the direction of a straight line passing through the proximal end and the distal end of the boom 161 coincides with the forward/backward direction of the swing body 140. Incidentally, according to another embodiment, the boom angle sensor 103 may be a stroke sensor attached to the boom cylinder 116. Moreover, according to another embodiment, the boom angle sensor 103 may be a rotation sensor attached to a pin connecting the swing body 140 and the boom 161. The boom angle sensor 103 outputs boom angle data, that is, the measured value, to the controller 200.

Der Armwinkelsensor 104 misst den Armwinkel, d. h. den Drehwinkel des Arms 162 in Bezug auf den Ausleger 161. DerArmwinkelsensor 104 kann eine am Arm 162 angebrachte IMU sein. In diesem Fall misst der Armwinkelsensor 104 den Armwinkel auf der Grundlage der Neigung des Arms 162 in Bezug auf die horizontale Ebene und des vom Auslegerwinkelsensor 103 gemessenen Auslegerwinkels. 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 mit der Richtung der durch das proximale Ende und das distale Ende des Auslegers 161 verlaufenden Geraden übereinstimmt. Übrigens kann der Armwinkelsensor 104 gemäß einer anderen Ausführungsform eine Winkelberechnung durchführen, indem ein Hubsensor am Armzylinder 117 angebracht wird. Darüber hinaus kann der Armwinkelsensor 104 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Rotationssensor sein, der an einem Stift angebracht ist, der den Ausleger 161 und den Arm 162 verbindet. Der Armwinkelsensor 104 gibt die Armwinkeldaten, d. h. den Messwert, an die Steuervorrichtung 200 aus.The arm angle sensor 104 measures the arm angle, that is, the angle of rotation of the arm 162 with respect to the boom 161. The arm angle sensor 104 may be an IMU attached to the arm 162. In this case, the arm angle sensor 104 measures the arm angle based on the inclination of the arm 162 with respect to the horizontal plane and the boom angle measured by the boom angle sensor 103. For example, the measured value of the arm angle sensor 104 indicates zero when the direction of the straight line passing through the proximal end and the distal end of the arm 162 coincides with the direction of the straight line passing through the proximal end and the distal end of the boom 161. Incidentally, according to another embodiment, the arm angle sensor 104 may perform angle calculation by attaching a stroke sensor to the arm cylinder 117. Moreover, according to another embodiment, the arm angle sensor 104 may be a rotation sensor attached to a pin connecting the boom 161 and the arm 162. The arm angle sensor 104 outputs the arm angle data, i.e., the measured value, to the controller 200.

Der Löffelwinkelsensor 105 misst den Löffelwinkel, d. h. den Drehwinkel des Löffels 163 in Bezug auf den Arm 162. Der Löffelwinkelsensor 105 kann ein Hubsensor sein, der im Löffelzylinder 118 zum Antrieb des Löffels 163 vorgesehen ist. In diesem Fall misst der Löffelwinkelsensor 105 den Löffelwinkel auf der Grundlage des Hubbetrags des Löffelzylinders. Der Messwert des Löffelwinkelsensors 105 zeigt beispielsweise Null an, wenn die Richtung der Geraden durch das proximale Ende und die Zähne des Löffels 163 mit der Richtung der Geraden durch das proximale Ende und das distale Ende des Arms 162 übereinstimmt. Übrigens kann der Löffelwinkelsensor 105 gemäß einer anderen Ausführungsform ein Rotationssensor sein, der an einem Bolzen angebracht ist, der den Arm 162 und den Löffel 163 verbindet. Darüber hinaus kann der Löffelwinkelsensor 105 gemäß einer anderen Ausführungsform eine am Löffel 163 angebrachte IMU sein. Der Löffelwinkelsensor 105 gibt die Löffelwinkeldaten, d. h. den Messwert, an die Steuervorrichtung 200 aus.The bucket angle sensor 105 measures the bucket angle, that is, the rotation angle of the bucket 163 with respect to the arm 162. The bucket angle sensor 105 may be a stroke sensor provided in the bucket cylinder 118 for driving the bucket 163. In this case, the bucket angle sensor 105 measures the bucket angle based on the stroke amount of the bucket cylinder. For example, the measured value of the bucket angle sensor 105 indicates zero when the direction of the straight line through the proximal end and the teeth of the bucket 163 coincides with the direction of the straight line through the proximal end and the distal end of the arm 162. Incidentally, according to another embodiment, the bucket angle sensor 105 may be a rotation sensor attached to a bolt connecting the arm 162 and the bucket 163. Moreover, according to another embodiment, the bucket angle sensor 105 may be an IMU attached to the bucket 163. The bucket angle sensor 105 outputs the bucket angle data, i.e. the measured value, to the controller 200.

<<Konfiguration der Steuervorrichtung 200>><<Configuration of the control device 200>>

3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 3 is a schematic block diagram showing a configuration of the control device 200 according to the first embodiment.

Die Steuervorrichtung 200 ist ein Computer mit einem Prozessor 210, einem Hauptspeicher 230, einem Speicher 250 und einer Schnittstelle 270. Die Steuervorrichtung 200 ist ein Beispiel für ein Steuersystem. Die Steuervorrichtung 200 empfängt Messwerte von der Neigungsmessvorrichtung 101, dem Schwenkwinkelsensor 102, dem Auslegerwinkelsensor 103, dem Armwinkelsensor 104 und dem Löffelwinkelsensor 105.The control device 200 is a computer including a processor 210, a main memory 230, a storage 250, and an interface 270. The control device 200 is an example of a control system. The control device 200 receives measurement values from the inclination measuring device 101, the swing angle sensor 102, the boom angle sensor 103, the arm angle sensor 104, and the bucket angle sensor 105.

Bei dem Speicher 250 handelt es sich um ein nichttransitorisches, materielles Speichermedium. Als Speicher 250 kommen z.B. Magnetplatten, optische Platten, magneto-optische Platten, Halbleiterspeicher o.ä. in Frage. Der Speicher 250 kann ein internes Medium, das direkt mit einem Bus der Steuervorrichtung 200 verbunden ist, oder ein externes Medium, das über die Schnittstelle 270 oder eine Kommunikationsleitung mit der Steuervorrichtung 200 verbunden ist, sein. Der Speicher 250 speichert ein Steuerprogramm zur Steuerung der Arbeitsmaschine 100.The memory 250 is a non-transitory, material storage medium. Examples of possible storage media 250 are magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, or the like. The memory 250 can be an internal medium that is directly connected to a bus of the control device 200, or an external medium that is connected to the control device 200 via the interface 270 or a communication line. The memory 250 stores a control program for controlling the work machine 100.

Das Steuerprogramm kann einige der von der Steuervorrichtung 200 auszuführenden 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 einem anderen Gerät implementierten Programm arbeiten. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuervorrichtung 200 zusätzlich zu der obigen Konfiguration oder anstelle der obigen Konfiguration eine kundenspezifische großformatige integrierte Schaltung (LSI) wie eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) enthalten. Zu den Beispielen für eine PLD gehören eine programmierbare Array-Logik (PAL), eine generische Array-Logik (GAL), eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (CPLD) und ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA). In diesem Fall kann ein Teil oder die gesamten der durch den Prozessor realisierten Funktionen durch den integrierten Schaltkreis realisiert werden.The control program may implement some of the functions to be performed by the controller 200. For example, the control program may operate in combination with another program already stored in the memory 250 or in combination with another program implemented in another device. In another embodiment, the controller 200 may include, in addition to or instead of the above configuration, a custom large-scale integrated circuit (LSI) such as a programmable logic device (PLD). Examples of a PLD include a programmable array logic (PAL), a generic array logic (GAL), a complex programmable logic device (CPLD), and a field programmable gate array (FPGA). In this case, part or all of the functions implemented by the processor may be implemented by the integrated circuit.

Im Speicher 250 werden geometrische Daten aufgezeichnet, die die Abmessungen und Positionen der Schwerpunkte des Schwenkkörpers 140, des Auslegers 161, des Arms 162 und des Löffels 163 darstellen. Bei den geometrischen Daten handelt es sich um Daten, die die Position eines Objekts in einem vorgegebenen Koordinatensystem darstellen.Geometric data are recorded in the memory 250, which indicate the dimensions and positions the centers of gravity of the slewing body 140, the boom 161, the arm 162 and the bucket 163. The geometric data is data that represents the position of an object in a given coordinate system.

<<Software-Konfiguration>><<Software configuration>>

Durch die Ausführung des Steuerprogramms enthält der Prozessor 210 eine Betätigungsbetragserfassungseinheit 211, eine Eingabeeinheit 212, eine Anzeigesteuereinheit 213, eine Messwerterfassungseinheit 214, eine Positionsbestimmungseinheit 215, eine Erzeugungseinheit 216, eine Rotationsumwandlungseinheit 217, eine Eingriffsbestimmungseinheit 218, eine Eingriffssteuereinheit 219, eine Steuersignalausgabeeinheit 220 und eine Aktualisierungseinheit 221.By executing the control program, the processor 210 includes an operation amount detection unit 211, an input unit 212, a display control unit 213, a measurement value acquisition unit 214, a position determination unit 215, a generation unit 216, a rotation conversion unit 217, an engagement determination unit 218, an engagement control unit 219, a control signal output unit 220, and an update unit 221.

Die Betätigungsbetragserfassungseinheit 211 erfasst ein Betriebssignal, das einen Betätigungsbetrag jedes Aktuators von der Betriebsvorrichtung 141 anzeigt.The operation amount detection unit 211 detects an operation signal indicating an operation amount of each actuator from the operation device 141.

Die Eingabeeinheit 212 empfängt eine Bedienereingabe von der Bildschirmvorrichtung 142.The input unit 212 receives an operator input from the display device 142.

Die Anzeigesteuereinheit 213 gibt die auf der Bildschirmvorrichtung 142 anzuzeigenden Bildschirminhalte an die Bildschirmvorrichtung 142 aus.The display control unit 213 outputs the screen contents to be displayed on the display device 142 to the display device 142.

Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst Messwerte von der Neigungsmessvorrichtung 101, dem Schwenkwinkelsensor 102, dem Auslegerwinkelsensor 103, dem Armwinkelsensor 104 und dem Löffelwinkelsensor 105.The measurement value acquisition unit 214 acquires measurement values from the inclination measuring device 101, the swing angle sensor 102, the boom angle sensor 103, the arm angle sensor 104 and the bucket angle sensor 105.

Die Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt die Position der Zähne des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Grundlage der verschiedenen Messwerte, die von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst werden, und der im Speicher 250 gespeicherten geometrischen Daten. Das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem ist ein kartesisches Koordinatensystem, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwenkkörpers 140 ist (zum Beispiel ein Punkt, der durch die Mitte des Schwenkkörpers verläuft). Die Berechnung der Positionsbestimmungseinheit 215 wird später beschrieben.The position determination unit 215 determines the position of the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system based on the various measurement values acquired by the measurement value acquisition unit 214 and the geometric data stored in the memory 250. The vehicle body coordinate system is a Cartesian coordinate system whose origin is a representative point of the swing body 140 (for example, a point passing through the center of the swing body). The calculation of the position determination unit 215 will be described later.

Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zur Erzeugung der Gestaltungsebene vom Bediener erhält, berechnet die Erzeugungseinheit 216 die Parameter der Gestaltungsebene auf der Grundlage der Position der Zähne des Löffels 163, die von der Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt wird. Die Erzeugungseinheit 216 speichert die erzeugten Parameter der Gestaltungsebene im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem im Hauptspeicher 230.When the input unit 212 receives an instruction to generate the design plane from the operator, the generation unit 216 calculates the parameters of the design plane based on the position of the teeth of the bucket 163 determined by the position determination unit 215. The generation unit 216 stores the generated parameters of the design plane in the vehicle body coordinate system in the main memory 230.

Die Rotationsumwandlungseinheit 217 aktualisiert den im Hauptspeicher 230 gespeicherten Parameter der Gestaltungsebene in Verbindung mit dem Schwenken des Schwenkkörpers 140. Insbesondere wandelt die Rotationsumwandlungseinheit 217 den Parameter der Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems um den Änderungsbetrag des Neigungswinkels, des Rollwinkels und des Gierwinkels um, die von der Neigungsmessvorrichtung 101 gemessen werden. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Zurücksetzung einer Gestaltungsebene gemäß der Schwingung eines Schwenkkörpers in der ersten Ausführungsform zeigt. Zum Beispiel, wie in 4 dargestellt, in einem Fall, in dem der Schwenkkörper 140 schwenkt, nachdem die Gestaltungsebene eingestellt ist, berechnet die Rotationsumwandlungseinheit 217 den Änderungsbetrag des Rollwinkels, des Nickwinkels und des Gierwinkels, der durch das Schwenken des Schwenkkörpers 140 verursacht wird, unter Bezugnahme auf den Messwert der Neigungsmessvorrichtung 101, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und wandelt den Parameter der Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems rotierend um. Infolgedessen kann die Rotationsumwandlungseinheit 217 die durch den Schwenkkörper 140 verursachte Rotation der Gestaltungsebene aufheben.The rotation conversion unit 217 updates the design plane parameter stored in the main memory 230 in association with the swing of the swing body 140. Specifically, the rotation conversion unit 217 converts the design plane parameter around the origin of the vehicle body coordinate system by the change amount of the pitch angle, roll angle, and yaw angle measured by the inclination measuring device 101. 4 is a diagram showing an example of resetting a design plane according to the vibration of a swing body in the first embodiment. For example, as in 4 As shown, in a case where the swing body 140 swings after the design plane is set, the rotation conversion unit 217 calculates the amount of change of the roll angle, the pitch angle, and the yaw angle caused by the swing of the swing body 140 with reference to the measurement value of the inclination measuring device 101 acquired by the measurement value acquisition unit 214, and rotationally converts the parameter of the design plane around the origin of the vehicle body coordinate system. As a result, the rotation conversion unit 217 can cancel the rotation of the design plane caused by the swing body 140.

Die Eingriffsbestimmungseinheit 218 bestimmt, ob die Geschwindigkeit des Anbaugerätes 160 begrenzt werden soll oder nicht, und zwar auf der Grundlage der Positionsbeziehung zwischen den Zähnen des Löffels 163, die von der Positionsbestimmungseinheit 215 vorgegeben werden, und der Gestaltungsebene. Im Folgenden wird die Geschwindigkeitsbegrenzung des Anbaugeräts 160 durch die Steuervorrichtung 200 auch als Eingriffssteuerung bezeichnet. Insbesondere ermittelt die Eingriffsbestimmungseinheit 218 einen Mindestabstand zwischen der Gestaltungsebene und dem Löffel 163 und bestimmt, dass die Eingriffssteuerung an der Anbaugerät 160 in einem Fall durchgeführt wird, in dem der entsprechende Mindestabstand gleich oder kleiner als ein vorgegebener Abstand ist.The engagement determination unit 218 determines whether or not to limit the speed of the attachment 160 based on the positional relationship between the teeth of the bucket 163 specified by the position determination unit 215 and the design plane. Hereinafter, the speed limitation of the attachment 160 by the control device 200 is also referred to as engagement control. Specifically, the engagement determination unit 218 determines a minimum distance between the design plane and the bucket 163 and determines that the engagement control is performed on the attachment 160 in a case where the corresponding minimum distance is equal to or smaller than a predetermined distance.

Wenn die Eingriffssteuereinheit 218 bestimmt, die Eingriffssteuerung durchzuführen, steuert die Eingriffssteuereinheit 219 den Betätigungsbetrag des Eingriffsziels in den Betätigungsbeträgen, die von der Betätigungsbetrag-Erfassungseinheit 211 erfasst werden. Bei der Eingriffssteuerung steuert die Eingriffssteuereinheit 219 den Betätigungsbetrag des Auslegers 161 so, dass das Anbaugerät 160 nicht in die Steuerlinie einfährt. Infolgedessen wird der Ausleger 161 so angetrieben, dass die Geschwindigkeit des Löffels 163 eine Geschwindigkeit gemäß dem Abstand zwischen dem Löffel 163 und der Steuerlinie wird. Das heißt, wenn der Bediener den Arm 162 betätigt, um Aushubarbeiten durchzuführen, begrenzt die Eingriffssteuereinheit 219 die Geschwindigkeit der Zähne des Löffels 163, indem sie den Ausleger 161 gemäß der Gestaltungsmöglichkeit anhebt.When the engagement control unit 218 determines to perform the engagement control, the engagement control unit 219 controls the operation amount of the engagement target in the operation amounts detected by the operation amount detection unit 211. In the engagement control, the engagement control unit 219 controls the operation amount of the boom 161 so that the attachment 160 does not enter the control line. As a result, the boom 161 is driven so that the speed of the bucket 163 a speed according to the distance between the bucket 163 and the control line. That is, when the operator operates the arm 162 to perform excavation work, the engagement control unit 219 limits the speed of the teeth of the bucket 163 by raising the boom 161 according to the design possibility.

Die Steuersignalausgangseinheit 220 gibt den von der Betätigungsbetrag-Erfassungseinheit 211 erfassten Betätigungsbetrag oder den von der Eingriffs-Bestimmungseinheit 218 geregelten Betätigungsbetrag an das Steuerventil 113 aus.The control signal output unit 220 outputs the operation amount detected by the operation amount detection unit 211 or the operation amount controlled by the engagement determination unit 218 to the control valve 113.

Die Aktualisierungseinheit 221 aktualisiert die im Hauptspeicher 230 gespeicherten Parameter der Gestaltungsebene in Verbindung mit der Fahrt der Arbeitsmaschine 100. Insbesondere betätigt der Bediener vor und nach der Fahrt der Arbeitsmaschine 100 das Anbaugerät 160 und veranlasst die Zähne des Löffels 163, eine bestimmte Position auf der Baustelle zu berühren. Die Aktualisierungseinheit 221 verschiebt die Gestaltungsebene auf der Grundlage eines Positionsunterschieds zwischen den Zähnen des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem vor und nach der Fahrt.The update unit 221 updates the design plane parameters stored in the main memory 230 in association with the travel of the work machine 100. Specifically, before and after the travel of the work machine 100, the operator operates the attachment 160 and causes the teeth of the bucket 163 to touch a certain position on the work site. The update unit 221 shifts the design plane based on a position difference between the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system before and after the travel.

<<Berechnung der Positionsbestimmungseinheit 215>><<Calculation of positioning unit 215>>

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung der Position der Zähne des Löffels 163 durch die Positionsbestimmungseinheit 215 beschrieben. Die Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt die Position der Zähne des Löffels 163 auf der Grundlage der verschiedenen Messwerte, die von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst werden, und der in dem Speicher 250 gespeicherten geometrischen Daten. In dem Speicher 250 sind geometrischen Daten gespeichert, die die Abmessungen des Schwenkkörpers 140, des Auslegers 161, des Arms 162 und des Löffels 163 darstellen.Next, a method for determining the position of the teeth of the bucket 163 by the position determining unit 215 will be described. The position determining unit 215 determines the position of the teeth of the bucket 163 based on the various measurement values acquired by the measurement value acquisition unit 214 and the geometric data stored in the memory 250. Geometric data representing the dimensions of the swing body 140, the boom 161, the arm 162 and the bucket 163 are stored in the memory 250.

Die geometrischen Daten des Schwenkkörpers 140 geben die Positionen (xbm, ybm und zbm) des Bolzens, der den Ausleger 161 des Schwenkkörpers 140 trägt, im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem an, das das lokale Koordinatensystem ist. Das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine Xs-Achse, die sich in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung erstreckt, eine Ysb-Achse, die sich in einer Rechts-/Rechtsrichtung erstreckt, und eine Zsb-Achse, die sich in einer Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckt, mit der Schwenkkörpermitte des Schwenkkörpers 140 als Referenz, konfiguriert ist. Die Aufwärts-/Abwärtsrichtung des Schwenkkörpers 140 fällt übrigens nicht unbedingt mit der vertikalen Richtung zusammen.The geometric data of the swing body 140 indicates the positions (x bm , y bm , and z bm ) of the pin supporting the boom 161 of the swing body 140 in the vehicle body coordinate system, which is the local coordinate system. The vehicle body coordinate system is a coordinate system configured by an X s axis extending in a forward/backward direction, a Y sb axis extending in a right/right direction, and a Z sb axis extending in an up/down direction, with the swing body center of the swing body 140 as a reference. Incidentally, the up/down direction of the swing body 140 does not necessarily coincide with the vertical direction.

Die geometrischen Daten des Auslegers 161 geben eine Ausleger-Spitzenposition (xam, yam und zam) im Ausleger-Koordinatensystem an, das das lokale Koordinatensystem ist. Das Ausleger-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine Xbm-Achse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, eine Ybm-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Bolzen erstreckt, und eine Zbm-Achse orthogonal zur Xbm-Achse und zur Ybm-Achse konfiguriert ist, wobei die Position des Bolzens, der den Ausleger 161 und den Schwenkkörper 140 verbindet, als Referenz dient. Die Spitze des Auslegers ist die Position des Bolzens, der den Ausleger 161 und den Arm 162 verbindet.The geometric data of the boom 161 indicates a boom tip position (x am , y am , and z am ) in the boom coordinate system, which is the local coordinate system. The boom coordinate system is a coordinate system configured by an X bm axis extending in a longitudinal direction, a Y bm axis extending in a direction in which the bolt extends, and a Z bm axis orthogonal to the X bm axis and the Y bm axis, with the position of the bolt connecting the boom 161 and the swing body 140 as a reference. The tip of the boom is the position of the bolt connecting the boom 161 and the arm 162.

Die geometrischen Daten des Arms 162 geben die Arm-Spitzenposition (xbk, ybk und zbk) im Arm-Koordinatensystem an, das das lokale Koordinatensystem ist. Das Arm-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine Xam-Achse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, eine Yam-Achse, die sich in einer Richtung erstreckt, in der sich der Bolzen erstreckt, und eine Zam-Achse orthogonal zur Xam-Achse und zur Yam-Achse konfiguriert ist, wobei die Position des Bolzens, der den Arm 162 und den Ausleger 161 verbindet, als Referenz dient. Die Spitze des Arms ist die Position des Bolzens, der den Arm 162 und den Löffel 163 miteinander verbindet.The geometric data of the arm 162 indicates the arm tip position (x bk , y bk , and z bk ) in the arm coordinate system, which is the local coordinate system. The arm coordinate system is a coordinate system configured by an X am axis extending in a longitudinal direction, a Y am axis extending in a direction in which the pin extends, and a Z am axis orthogonal to the X am axis and the Y am axis, with the position of the pin connecting the arm 162 and the boom 161 as a reference. The tip of the arm is the position of the pin connecting the arm 162 and the bucket 163.

Die geometrischen Daten des Löffels 163 geben die Position (xed, yed und zed) der Zähne des Löffels 163 im Löffel-Koordinatensystem an, das das lokale Koordinatensystem ist. Das Löffel-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine Xbk-Achse, die sich in Richtung der Zähne erstreckt, eine Ybk-Achse, die sich in Richtung des Stifts erstreckt, und eine Zbk-Achse orthogonal zur Xbk-Achse und zur Ybk-Achse konfiguriert ist, wobei die Position des Bolzens, der den Löffel 163 und den Arm 162 verbindet, als Referenz dient.The geometric data of the bucket 163 indicates the position (x ed , y ed and z ed ) of the teeth of the bucket 163 in the bucket coordinate system, which is the local coordinate system. The bucket coordinate system is a coordinate system configured by an X bk axis extending in the direction of the teeth, a Y bk axis extending in the direction of the pin, and a Z bk axis orthogonal to the X bk axis and the Y bk axis, with the position of the pin connecting the bucket 163 and the arm 162 as a reference.

Die Positionsbestimmungseinheit 215 erzeugt eine Ausleger-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tbm sb für die Umrechnung vom Ausleger-Koordinatensystem in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem durch die folgende Formel (1) auf der Grundlage des Messwerts eines Auslegerwinkels θbm, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und der geometrischen Daten des Schwenkkörpers 140. Die Ausleger-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tbm sb ist eine Matrix, die eine Drehung um den Auslegerwinkel θbm um die Ybm-Achse durchführt und eine Bewegung um eine Abweichung (xbm, ybm und zbm) zwischen dem Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems und dem Ursprung des Ausleger-Koordinatensystems durchführt. Darüber hinaus ermittelt die Positionsbestimmungseinheit 215 die Ausleger-Spitzenposition im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, indem sie ein Produkt aus der Ausleger-Spitzenposition im Ausleger-Koordinatensystem, die durch die geometrischen Daten des Auslegers 161 angegeben wird, und der Ausleger-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tbm sb erhält. T s b b m = [ 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 ]

Figure DE112022003034T5_0001
The position determination unit 215 generates a boom-vehicle body conversion matrix T bm sb for conversion from the boom coordinate system to the vehicle body coordinate system by the following formula (1) based on the measured value of a boom angle θ bm acquired by the measured value acquisition unit 214 and the geometric data of the swing body 140. The boom-vehicle body conversion matrix T bm sb is a matrix that performs rotation by the boom angle θ bm around the Y bm axis and performs movement by a deviation (x bm , y bm and z bm ) between the origin of the vehicle body coordinate system and the origin of the boom coordinate system. In addition, the position determination unit 215 determines the boom tip position in the vehicle body coordinate system, by obtaining a product of the boom tip position in the boom coordinate system specified by the geometric data of the boom 161 and the boom-vehicle body conversion matrix T bm sb . T s b b m = [ 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 ]
Figure DE112022003034T5_0001

Die Positionsbestimmungseinheit 215 erzeugt eine Arm-Ausleger-Umwandlungsmatrix Tam bm für die Umwandlung vom Arm-Koordinatensystem in das Ausleger-Koordinatensystem durch die folgende Formel (2), basierend auf dem Messwert des Armwinkels θam, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und den geometrischen Daten des Auslegers 161. Die Arm-Ausleger-Umwandlungsmatrix Tam bm ist eine Matrix, die eine Drehung um den Armwinkel θam um die Yam-Achse durchführt und eine Bewegung um eine Abweichung (xam, yam und zam) zwischen dem Ursprung des Ausleger-Koordinatensystems und dem Ursprung des Arm-Koordinatensystems durchführt. Zusätzlich erzeugt die Positionsbestimmungseinheit 215 eine Arm-Fahrzeugkörper-Umwandlungsmatrix Tam sb für die Umwandlung vom Arm-Koordinatensystem in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, indem sie ein Produkt aus der Ausleger-Fahrzeugkörper-Umwandlungsmatrix Tbm sb und der Arm-Ausleger-Umwandlungsmatrix Tam bm erhält. Außerdem erhält die Positionsbestimmungseinheit 215 die Arm-Spitzenposition im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Arm-Spitzenposition im Arm-Koordinatensystem, die durch die geometrischen Daten des Arms 162 angegeben wird, und der Arm-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tam sb erhält. T b m a m = [ 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 ]

Figure DE112022003034T5_0002
The position determination unit 215 generates an arm-boom conversion matrix T am bm for converting from the arm coordinate system to the boom coordinate system by the following formula (2) based on the measured value of the arm angle θ am acquired by the measured value acquisition unit 214 and the geometric data of the boom 161. The arm-boom conversion matrix T am bm is a matrix that performs rotation by the arm angle θ am around the Y am axis and performs movement by a deviation (x am , y am and z am ) between the origin of the boom coordinate system and the origin of the arm coordinate system. In addition, the position determination unit 215 generates an arm-vehicle body conversion matrix T am sb for converting from the arm coordinate system to the vehicle body coordinate system by obtaining a product of the boom-vehicle body conversion matrix T bm sb and the arm-boom conversion matrix T am bm . In addition, the position determination unit 215 obtains the arm tip position in the vehicle body coordinate system by obtaining the product of the arm tip position in the arm coordinate system indicated by the geometric data of the arm 162 and the arm-vehicle body conversion matrix T am sb . T b m a m = [ 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 ]
Figure DE112022003034T5_0002

Die Positionsbestimmungseinheit 215 erzeugt eine Löffel-Arm-Umwandlungsmatrix Tbk am für die Umwandlung vom Löffel-Koordinatensystem in das Arm-Koordinatensystem durch die folgende Formel (3), basierend auf dem Messwert eines Löffelwinkels θbk, der von der Messwerterfassungseinheit 214 erfasst wird, und den geometrischen Daten des Arms 162. Die Löffel-Arm-Umwandlungsmatrix Tbk am ist eine Matrix, die eine Drehung um den Löffelwinkel θbk um die Ybk-Achse und eine Bewegung um eine Abweichung (xbk, ybk und zbk) zwischen dem Ursprung des Arm-Koordinatensystems und dem Ursprung des Löffel-Koordinatensystems durchführt. Darüber hinaus erzeugt die Positionsbestimmungseinheit 215 eine Löffel-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tbk sb für die Umrechnung vom Löffel-Koordinatensystem in das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, indem sie ein Produkt aus der Arm-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tam sb und der Löffel-Arm-Umrechnungsmatrix Tbk am bildet. T a m b k = [ 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 ]

Figure DE112022003034T5_0003
The position determination unit 215 generates a bucket-arm conversion matrix T bk am for converting from the bucket coordinate system to the arm coordinate system by the following formula (3) based on the measured value of a bucket angle θ bk acquired by the measured value acquisition unit 214 and the geometric data of the arm 162. The bucket-arm conversion matrix T bk am is a matrix that performs rotation by the bucket angle θ bk around the Y bk axis and movement by a deviation (x bk , y bk and z bk ) between the origin of the arm coordinate system and the origin of the bucket coordinate system. In addition, the position determination unit 215 generates a bucket-vehicle body conversion matrix T bk sb for converting from the bucket coordinate system to the vehicle body coordinate system by taking a product of the arm-vehicle body conversion matrix T am sb and the bucket-arm conversion matrix T bk am . T a m b k = [ 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 ]
Figure DE112022003034T5_0003

Die Positionsbestimmungseinheit 215 ermittelt die Position der Zähne des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, indem sie das Produkt aus der Position der Zähne im Löffelkoordinatensystem, die durch die geometrischen Daten des Löffels 163 angegeben wird, und der Löffel-Fahrzeugkörper-Umrechnungsmatrix Tbk sb bildet.The position determining unit 215 determines the position of the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system by taking the product of the position of the teeth in the bucket coordinate system indicated by the geometric data of the bucket 163 and the bucket-vehicle body conversion matrix T bk sb .

<<Steuerverfahren der Arbeitsmaschine 100>><<Control method of the working machine 100>>

Nachfolgend wird ein Steuerverfahren der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.Next, a control method of the work machine 100 according to the first embodiment will be described.

Zunächst bedient der Bediener der Arbeitsmaschine 100 die Bildschirmvorrichtung 142 und legt die Gestaltungsebene fest.First, the operator of the work machine 100 operates the display device 142 and sets the design level.

<<Festlegung der Gestaltungsebene>><<Determination of the design level>>

5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Festlegung der Gestaltungsebene gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 5 is a flowchart showing a method for setting the design level according to the first embodiment.

Wenn die Eingabeeinheit 212 eine Anweisung zum Festlegen der Gestaltungsebene von der Bildschirmvorrichtung 142 erhält, zeigt die Anzeigesteuereinheit 213 einen Anleitungsbildschirm mit einem Abstandseingabefeld, einem Neigungswinkeleingabefeld und einer Einstelltaste auf der Bildschirmvorrichtung 142 an (Schritt S101). Auf dem Anleitungsbildschirm werden die Anweisungen angezeigt, die Zähne des Löffels 163 über den Punkt zu bewegen, an dem die Gestaltungsebene eingestellt werden soll, einen Abstand von den Zähnen zur Gestaltungsebene in das Abstandseingabefeld und einen Neigungswinkel der Gestaltungsebene in das Neigungswinkeleingabefeld einzugeben und die Einstelltaste zu betätigen. Als Anfangswerte werden ein Abstand von 0 Metern, ein Neigungswinkel von 0 Grad und ein Rollwinkel von 0 Grad in das Abstandseingabefeld und das Neigungswinkeleingabefeld eingegeben. Nachfolgend wird die im Abstandseingabefeld eingegebene Entfernung als Eingabeentfernung und der im Neigungswinkeleingabefeld eingegebene Neigungswinkel als Eingabeneigungswinkel (Eingabeneigungswinkel und Eingaberollwinkel) bezeichnet. Der Bediener bedient die Arbeitsmaschine 100, bringt die Zähne des Löffels 163 in eine gewünschte Position und betätigt dann die Einstelltaste. Die Eingabeeinheit 212 empfängt Eingaben in das Abstandseingabefeld und das Neigungswinkeleingabefeld sowie die Betätigung der Einstelltaste von der Bildschirmvorrichtung 142 (Schritt S102). Die Eingabeeinheit 212 erfasst die Werte des Abstandseingabefeldes und des Neigungswinkeleingabefeldes zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einstelltaste betätigt wird (Schritt S103). Der eingegebene Neigungswinkel ist übrigens ein Neigungswinkel mit der vertikalen Richtung und der Vorderseite der Arbeitsmaschine 100, wenn die Gestaltungsebene als Referenz eingestellt ist. Das heißt, der eingegebene Neigungswinkel und der eingegebene Rollwinkel sind die Neigung der Normallinie der Gestaltungsebene in Bezug auf die vertikale Achse.When the input unit 212 receives an instruction to set the design plane from the display device 142, the display control unit 213 displays an instruction screen including a distance input field, a tilt angle input field, and a setting button on the display device 142 (step S101). On the instruction screen, instructions to move the teeth of the bucket 163 over the point where the design plane is to be set, input a distance from the teeth to the design plane in the distance input field and an inclination angle of the design plane in the inclination angle input field, and press the setting button are displayed. A distance of 0 meters, a tilt angle of 0 degrees, and a roll angle of 0 degrees are input as initial values in the distance input field and the inclination angle input field. Subsequently, the distance input in the distance input field is used as the input distance, and the inclination angle input in the inclination angle input field is used as the setting button. Input pitch angle (input pitch angle and input roll angle). The operator operates the work machine 100, sets the teeth of the bucket 163 to a desired position, and then operates the setting button. The input unit 212 receives inputs to the distance input field and the pitch angle input field and the operation of the setting button from the display device 142 (step S102). The input unit 212 acquires the values of the distance input field and the pitch angle input field at the time the setting button is operated (step S103). Incidentally, the input pitch angle is an inclination angle with the vertical direction and the front of the work machine 100 when the design plane is set as a reference. That is, the input pitch angle and the input roll angle are the inclination of the normal line of the design plane with respect to the vertical axis.

Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte der Neigungsmessvorrichtung 101, des Schwenkwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104 und des Löffelwinkelsensors 105 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einstelltaste betätigt wird (Schritt S104). Die Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt die Position der Zähne des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Grundlage des erfassten Messwerts (Schritt S105).The measurement value acquisition unit 214 acquires the measurement values of the inclination measuring device 101, the swing angle sensor 102, the boom angle sensor 103, the arm angle sensor 104, and the bucket angle sensor 105 at the time the setting button is operated (step S104). The position determination unit 215 determines the position of the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system based on the acquired measurement value (step S105).

Die Erzeugungseinheit 216 berechnet die Parameter der Gestaltungsebene auf der Grundlage des Rollwinkels und des Nickwinkels (Messrollwinkel und Messnickwinkel), die im Schritt S104 vom Neigungsmessgerät 101 erfasst werden, der Position der Zähne, die im Schritt S105 erfasst wird, und des Eingabeabstands und des Eingabeneigungswinkels, die im Schritt S103 erfasst werden. Die Erzeugungseinheit 216 erhält einen vertikalen Vektor im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem durch Drehen eines Vektors, in dem der Wert der Xsb-Achse 0 ist, der Wert der Ysb-Achse 0 ist und der Wert der Zsb-Achse 1 ist, nur durch den Messrollwinkel und den Messnickwinkel (Schritt S106). Die Erzeugungseinheit 216 erhält einen Positionsvektor der Gestaltungsebene, indem sie eine Summe des Vektors, der die Position der Zähne angibt, die im Schritt S104 erhalten wurde, und einen Tiefenvektor, der durch Multiplikation des vertikalen Vektors mit dem Abstand erhalten wurde, erhält (Schritt S107). Zusätzlich erhält die Erzeugungseinheit 216 einen Normalvektor der Gestaltungsebene auf der Basis des vertikalen Vektors und des eingegebenen Neigungswinkels (Schritt S108). Insbesondere spezifiziert die Erzeugungseinheit 216 ein vertikales Koordinatensystem, das ein kartesisches Koordinatensystem ist, das einen Ursprung mit dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem teilt und durch eine Zv-Achse, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt, eine Xv-Achse, die mit der Xsb-Achse des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems übereinstimmt, wenn der Messrollwinkel und der Messnickwinkel Null sind, und eine Yv-Achse, die mit der Ysb-Achse des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems übereinstimmt, wenn der Messrollwinkel und der Messnickwinkel Null sind, gebildet ist. Das bedeutet, dass das vertikale Koordinatensystem mit dem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem übereinstimmt, wenn der Messrollwinkel und der Messnickwinkel gleich Null sind. Die Erzeugungseinheit 216 dreht das vertikale Koordinatensystem um die Yv-Achse um einen eingegebenen Neigungswinkel. Zusätzlich dreht die Erzeugungseinheit 216 das vertikale Koordinatensystem um die Xv-Achse um einen eingegebenen Rollwinkel. Die Erzeugungseinheit 216 erhält den Normalenvektor der Gestaltungsebene im vertikalen Koordinatensystem, indem sie ein äußeres Produkt eines Einheitsvektors, der sich in der Xv Achsenrichtung des vertikalen Koordinatensystems erstreckt, das um die Yv-Achse gedreht ist, und eines Einheitsvektors, der sich in der Yv Achsenrichtung des vertikalen Koordinatensystems erstreckt, das um die Xv-Achse gedreht ist, erhält. Die Erzeugungseinheit 216 erhält den Normalvektor der Gestaltungsebene im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, indem sie den Normalvektor im vertikalen Koordinatensystem nur um den Messrollwinkel und den Messnickwinkel dreht.The generation unit 216 calculates the parameters of the design plane based on the roll angle and the pitch angle (measurement roll angle and measurement pitch angle) acquired from the inclinometer 101 in step S104, the position of the teeth acquired in step S105, and the input distance and the input pitch angle acquired in step S103. The generation unit 216 obtains a vertical vector in the vehicle body coordinate system by rotating a vector in which the value of the X sb axis is 0, the value of the Y sb axis is 0, and the value of the Z sb axis is 1, only by the measurement roll angle and the measurement pitch angle (step S106). The generation unit 216 obtains a position vector of the design plane by obtaining a sum of the vector indicating the position of the teeth obtained in step S104 and a depth vector obtained by multiplying the vertical vector by the distance (step S107). In addition, the generation unit 216 obtains a normal vector of the design plane based on the vertical vector and the input inclination angle (step S108). Specifically, the generation unit 216 specifies a vertical coordinate system that is a Cartesian coordinate system sharing an origin with the vehicle body coordinate system and is constituted by a Z v axis extending in the vertical direction, an X v axis coinciding with the X sb axis of the vehicle body coordinate system when the measuring roll angle and the measuring pitch angle are zero, and a Y v axis coinciding with the Y sb axis of the vehicle body coordinate system when the measuring roll angle and the measuring pitch angle are zero. That is, the vertical coordinate system coincides with the vehicle body coordinate system when the measuring roll angle and the measuring pitch angle are zero. The generating unit 216 rotates the vertical coordinate system around the Y v axis by an input pitch angle. In addition, the generating unit 216 rotates the vertical coordinate system around the X v axis by an input roll angle. The generating unit 216 obtains the normal vector of the design plane in the vertical coordinate system by obtaining an outer product of a unit vector extending in the X v axis direction of the vertical coordinate system rotated around the Y v axis and a unit vector extending in the Y v axis direction of the vertical coordinate system rotated around the X v axis. The generating unit 216 obtains the normal vector of the design plane in the vehicle body coordinate system by rotating the normal vector in the vertical coordinate system only by the measuring roll angle and the measuring pitch angle.

Die Erzeugungseinheit 216 speichert die Parameter (Normalvektor und Positionsvektor) der erzeugten Gestaltungsebene im Hauptspeicher 230 (Schritt S109). Falls der Parameter der Gestaltungsebene bereits im Hauptspeicher 230 gespeichert ist, wird der alte Parameter mit einem neuen Parameter überschrieben.The generation unit 216 stores the parameters (normal vector and position vector) of the generated design plane in the main memory 230 (step S109). If the parameter of the design plane is already stored in the main memory 230, the old parameter is overwritten with a new parameter.

<<Aktualisierung und Eingriffssteuerung der Gestaltungsebene in Übereinstimmung mit einem Schwenkvorgang>><<Design plane update and intervention control in accordance with a panning operation>>

Die Arbeitsmaschine 100 kann Arbeiten innerhalb eines Bereichs ausführen, den das Anbaugerät 160 durch Schwenken des Schwenkkörpers 140 erreicht. Daher schwenkt ein Bediener normalerweise die Arbeitsmaschine 100, wenn Arbeiten wie Aushubarbeiten durchgeführt werden. Da das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem den Schwenkkörper 140 als Referenz betrachtet, ändert sich die Positionsbeziehung zwischen der im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem festgelegten Gestaltungsebene und dem Anbaugerät 160 nicht, wenn die Arbeitsmaschine 100 schwenkt. Wenn also die Gestaltungsebene nicht aktualisiert wird, während sie nach dem obigen Verfahren festgelegt wird, bewegt sich die Gestaltungsebene, indem sie dem Schwenken des Schwenkkörpers 140 aus der Sicht des globalen Koordinatensystems folgt. Wenn z. B. eine Gestaltungsebene erzeugt wird, die vom Schwenkkörper 140 aus gesehen böschungsabwärts verläuft, bleibt die Neigungsrichtung der Gestaltungsebene vom Schwenkkörper 140 aus gesehen immer böschungsabwärts gerichtet, unabhängig davon, wie der Schwenkkörper 140 geschwenkt wird.The work machine 100 can perform work within a range that the attachment 160 reaches by swinging the swing body 140. Therefore, an operator usually swings the work machine 100 when performing work such as excavation work. Since the vehicle body coordinate system regards the swing body 140 as a reference, the positional relationship between the design plane set in the vehicle body coordinate system and the attachment 160 does not change when the work machine 100 swings. Therefore, if the design plane is not updated while it is being set according to the above method, the design plane moves by following the swing of the swing body 140 from the perspective of the global coordinate system. For example, when a shape lation plane is generated which runs downhill as seen from the pivoting body 140, the inclination direction of the design plane as seen from the pivoting body 140 always remains directed downhill, regardless of how the pivoting body 140 is pivoted.

Daher führt die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform eine Rotationsumwandlungsverarbeitung der Gestaltungsebene durch, um die Position der Gestaltungsebene im globalen Koordinatensystem vor und nach dem Schwenken der Arbeitsmaschine 100 beizubehalten.Therefore, the control device 200 according to the first embodiment performs rotation conversion processing of the design plane to maintain the position of the design plane in the global coordinate system before and after the swing of the work machine 100.

6 ist ein Flussdiagramm, das die Aktualisierungs- und Eingriffssteuerung der Gestaltungsebene gemäß dem in der ersten Ausführungsform eingestellten Schwenkvorgang zeigt. Wenn der Bediener der Arbeitsmaschine 100 die Gestaltungsebene durch Betätigung der Bildschirmvorrichtung 142 einstellt, startet die Steuervorrichtung 200 die unten dargestellten Steuerungen. 6 is a flowchart showing the update and intervention control of the design plane according to the panning operation set in the first embodiment. When the operator of the work machine 100 sets the design plane by operating the display device 142, the control device 200 starts the controls shown below.

Die Betätigungsbetragserfassungseinheit 211 erfasst die Betriebssignale des Auslegers 161, des Arms 162, des Löffels 163 und des Schwenkkörpers 140 von der Betätigungsvorrichtung 141 (Schritt S201). Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst Messwerte der Neigungsmessvorrichtung 101, des Schwenkwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104 und des Löffelwinkelsensors 105 (Schritt S202).The operation amount detection unit 211 detects the operation signals of the boom 161, the arm 162, the bucket 163, and the swing body 140 from the operation device 141 (step S201). The measurement value detection unit 214 detects measurement values of the inclination measuring device 101, the swing angle sensor 102, the boom angle sensor 103, the arm angle sensor 104, and the bucket angle sensor 105 (step S202).

Die Rotationsumwandlungseinheit 217 wandelt die im Hauptspeicher 230 gespeicherte Gestaltungsebene auf der Grundlage des Rollwinkels, des Nickwinkels und des Gierwinkels des Schwenkkörpers 140, die im Schritt S202 (Schritt S203) von der Neigungsmessvorrichtung 101 erfasst wurden, in eine Rotationsebene um und aktualisiert diese.The rotation conversion unit 217 converts and updates the design plane stored in the main memory 230 into a rotation plane based on the roll angle, pitch angle, and yaw angle of the swing body 140 detected by the inclination measuring device 101 in step S202 (step S203).

Die Positionsbestimmungseinheit 215 berechnet die Position der Zähne des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Grundlage des im Schritt S202 erfassten Messwerts (Schritt S204). Die Eingriffsbestimmungseinheit 218 bestimmt einen Querschnitt, der durch die in Schritt S204 berechnete Position der Zähne verläuft und parallel zur Xsb-Zsb-Ebene des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems ist (Schritt S205).The position determination unit 215 calculates the position of the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system based on the measurement value acquired in step S202 (step S204). The engagement determination unit 218 determines a cross section that passes through the position of the teeth calculated in step S204 and is parallel to the X sb -Z sb plane of the vehicle body coordinate system (step S205).

Die Eingriffsbestimmungseinheit 218 berechnet eine Schnittlinie zwischen dem Querschnitt und der im Schritt S205 erzeugten Gestaltungsebene als Steuerlinie (Schritt S206). Die Eingriffsbestimmungseinheit 218 ermittelt den Abstand zwischen den Zähnen des Löffels 163 und der Steuerlinie (Schritt S207). Die Eingriffsbestimmungseinheit 218 bestimmt, ob der Abstand zwischen den Zähnen und der Steuerlinie größer als ein Eingriffsstartabstand ist oder nicht (Schritt S208). Wenn der Abstand größer ist als der Eingriffsstartabstand (Schritt S208: JA), führt die Steuereinheit 219 keine Eingriffssteuerung an dem Anbaugerät 160 durch.The engagement determination unit 218 calculates an intersection line between the cross section and the design plane generated in step S205 as a control line (step S206). The engagement determination unit 218 determines the distance between the teeth of the bucket 163 and the control line (step S207). The engagement determination unit 218 determines whether or not the distance between the teeth and the control line is greater than an engagement start distance (step S208). If the distance is greater than the engagement start distance (step S208: YES), the control unit 219 does not perform engagement control on the attachment 160.

Andererseits, wenn der kürzeste Abstand gleich oder kleiner als der Startabstand zwischen den Eingriffen ist (Schritt S208: NEIN), berechnet die Eingriffssteuereinheit 219 die Sollgeschwindigkeit des Auslegers 161, des Arms 162 und des Löffels 163 auf der Basis der im Schritt S201 erfassten Betriebssignale des Auslegers 161, des Arms 162 und des Löffels 163 (Schritt S209). Die Eingriffssteuereinheit 219 berechnet die Bewegungsgeschwindigkeit der Zähne des Löffels 163 auf der Grundlage der Zielgeschwindigkeiten des Auslegers 161, des Arms 162 und des Löffels 163 und der geometrischen Daten (Schritt S210).On the other hand, when the shortest distance is equal to or smaller than the starting distance between the engagements (step S208: NO), the engagement control unit 219 calculates the target speed of the boom 161, the arm 162, and the bucket 163 based on the operation signals of the boom 161, the arm 162, and the bucket 163 acquired in step S201 (step S209). The engagement control unit 219 calculates the moving speed of the teeth of the bucket 163 based on the target speeds of the boom 161, the arm 162, and the bucket 163 and the geometric data (step S210).

Die Eingriffssteuereinheit 219 legt die Geschwindigkeitsbegrenzung der Zähne des Löffels 163 auf der Grundlage des in Schritt S207 berechneten Abstands und der vorgegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungstabelle fest (Schritt S211). Die Winkelgeschwindigkeitsbegrenzungstabelle ist eine Funktion, die eine Beziehung zwischen dem Abstand zwischen den Zähnen und der Steuerlinie und der Geschwindigkeitsbegrenzung der Zähne angibt, und ist eine Funktion, bei der die Geschwindigkeitsbegrenzung umso kleiner ist, je kürzer der Abstand ist. Die Eingriffssteuereinheit 219 bestimmt, ob die in Schritt S210 berechnete Geschwindigkeit der Zähne die Geschwindigkeitsbegrenzung überschreitet oder nicht (Schritt S212). Wenn die Geschwindigkeit der Zähne die Geschwindigkeitsbegrenzung überschreitet (Schritt S212: JA), berechnet die Eingriffssteuereinheit 219 die Geschwindigkeit des Auslegers 161, um die Geschwindigkeit der Zähne mit der Geschwindigkeitsbegrenzung in Einklang zu bringen, und legt die Zielgeschwindigkeit des Auslegers fest (Schritt S213). Wenn die Geschwindigkeit der Zähne die Geschwindigkeitsbegrenzung nicht überschreitet (Schritt S212: NEIN), führt die Eingriffssteuereinheit 219 keine Eingriffssteuerung des Anbaugerätes 160 durch.The engagement control unit 219 sets the speed limit of the teeth of the bucket 163 based on the distance calculated in step S207 and the predetermined speed limit table (step S211). The angular speed limit table is a function indicating a relationship between the distance between the teeth and the control line and the speed limit of the teeth, and is a function in which the shorter the distance, the smaller the speed limit. The engagement control unit 219 determines whether or not the speed of the teeth calculated in step S210 exceeds the speed limit (step S212: YES), the engagement control unit 219 calculates the speed of the boom 161 to make the speed of the teeth consistent with the speed limit and sets the target speed of the boom (step S213). If the speed of the teeth does not exceed the speed limit (step S212: NO), the engagement control unit 219 does not perform engagement control of the attachment 160.

Die Steuersignalausgangseinheit 220 erzeugt ein Steuersignal, das auf den Zielgeschwindigkeiten des Auslegers 161, des Arms 162 und des Löffels 163 sowie der Sollwinkelgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 140 basiert, und gibt das Steuersignal an das Steuerventil 113 aus (Schritt S214).The control signal output unit 220 generates a control signal based on the target speeds of the boom 161, the arm 162 and the bucket 163 and the target angular velocity of the swing body 140, and outputs the control signal to the control valve 113 (step S214).

<< Aktualisierung der Gestaltungsebene in Übereinstimmung mit der Bewegung >><< Updating the design layer in accordance with the movement >>

Die Baustelle der Arbeitsmaschine 100 liegt in der Regel nicht in einem Bereich, den das Anbaugerät 160 durch die Schwenkung des Schwenkkörpers 140 erreicht. Daher veranlasst der Bediener die Arbeitsmaschine 100, die Baustelle abzufahren und zu bearbeiten, während eine Position der Arbeitsmaschine 100 bewegt wird. Da die Gestaltungsebene gemäß der ersten Ausführungsform im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem festgelegt ist, verhält sich die Gestaltungsebene in einem Fall, in dem sich die Position der Arbeitsmaschine 100 bewegt, so, dass sie dem Schwenkkörper 140 folgt, wenn sie vom Standpunkt des globalen Koordinatensystems aus betrachtet wird. Wenn zum Beispiel ein Neigungswinkel θ auf der Gestaltungsebene festgelegt ist, sollte sich die Höhe der Gestaltungsebene um tanθ pro Meter ändern, aber die Höhe der Gestaltungsebene ändert sich nicht, obwohl sich die Arbeitsmaschine 100 um 1 Meter bewegt.The construction site of the work machine 100 is generally not in an area that the attachment 160 can reach by pivoting the pivot body 140. Therefore, the operator the work machine 100 to travel and work on the construction site while moving a position of the work machine 100. Since the design plane according to the first embodiment is set in the vehicle body coordinate system, in a case where the position of the work machine 100 moves, the design plane behaves to follow the swing body 140 when viewed from the standpoint of the global coordinate system. For example, if an inclination angle θ is set on the design plane, the height of the design plane should change by tanθ per meter, but the height of the design plane does not change even though the work machine 100 moves by 1 meter.

Daher führt die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform die in 7 dargestellte Aktualisierungsverarbeitung der Gestaltungsebene durch, um die Position der Gestaltungsebene im globalen Koordinatensystem vor und nach der Bewegung der Arbeitsmaschine 100 beizubehalten.Therefore, the control device 200 according to the first embodiment performs the 7 to maintain the position of the design plane in the global coordinate system before and after the movement of the work machine 100.

7 ist ein Flussdiagramm, das die von der Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführte Aktualisierungsverarbeitung der Gestaltungsebene zeigt. 7 is a flowchart showing the design level update processing performed by the control unit according to the first embodiment.

Der Bediener bedient die Bildschirmvorrichtung 142 und gibt einen Ausführungsbefehl für die Aktualisierungsverarbeitung ein, wenn die Arbeitsmaschine 100 während des Baus der Gestaltungsebene bewegt wird. Wenn die Eingabeeinheit 212 der Steuervorrichtung 200 eine Ausführungsanweisung der Aktualisierungsverarbeitung von der Bildschirmvorrichtung 142 empfängt, zeigt die Anzeigesteuereinheit 213 einen ersten Anleitungsbildschirm einschließlich der Einstelltaste auf der Bildschirmvorrichtung 142 an (Schritt S301). Auf dem Anleitungsbildschirm werden die Anweisungen angezeigt, die Zähne des Löffels 163 dem Zielobjekt zuzuordnen, das von dem Löffel 163 gemeinsam vor und nach der Bewegung berührt werden kann, und die Einstelltaste zu betätigen. Der Bediener bedient die Arbeitsmaschine 100, ordnet die Zähne des Löffels 163 dem Zielobjekt zu und betätigt dann die Einstelltaste. Die Eingabeeinheit 212 empfängt die Betätigung der Einstelltaste von der Bildschirmvorrichtung 142 (Schritt S302).The operator operates the display device 142 and inputs an execution command for the update processing when the work machine 100 is moved during the construction of the design plane. When the input unit 212 of the control device 200 receives an execution instruction of the update processing from the display device 142, the display control unit 213 displays a first instruction screen including the setting button on the display device 142 (step S301). On the instruction screen, the instructions to match the teeth of the bucket 163 to the target object that can be touched by the bucket 163 together before and after the movement and to operate the setting button are displayed. The operator operates the work machine 100, matches the teeth of the bucket 163 to the target object, and then operates the setting button. The input unit 212 receives the operation of the setting button from the display device 142 (step S302).

Die Messwerterfassungseinheit 214 erfasst die Messwerte der Neigungsmessvorrichtung 101, des Schwenkwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104 und des Löffelwinkelsensors 105 zu dem Zeitpunkt (dem ersten Zeitpunkt), wenn die Einstelltaste des ersten Anleitungsbildschirms betätigt wird (Schritt S303). Die Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt die Position der Zähne des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Grundlage des erfassten Messwertes (Schritt S304). Das heißt, die Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt die Position des Zielobjekts im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem zum ersten Zeitpunkt. Die Positionsbestimmungseinheit 215 speichert die angegebene Position der Zähne im Hauptspeicher 230.The measurement value acquisition unit 214 acquires the measurement values of the inclination measuring device 101, the swing angle sensor 102, the boom angle sensor 103, the arm angle sensor 104, and the bucket angle sensor 105 at the time (the first time) when the setting button of the first guidance screen is operated (step S303). The position determination unit 215 determines the position of the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system based on the acquired measurement value (step S304). That is, the position determination unit 215 determines the position of the target object in the vehicle body coordinate system at the first time. The position determination unit 215 stores the specified position of the teeth in the main memory 230.

Anschließend zeigt die Anzeigesteuereinheit 213 auf der Bildschirmvorrichtung 142 einen zweiten Anleitungsbildschirm mit der Einstelltaste an (Schritt S305). Auf dem Anleitungsbildschirm werden die Anweisungen angezeigt, die Arbeitsmaschine 100 zu einer gewünschten Position zu fahren, die Zähne des Löffels 163 demselben Zielobjekt zuzuordnen und die Einstelltaste zu betätigen. Der Bediener bedient die Arbeitsmaschine 100 und veranlasst die Fahrt derArbeitsmaschine 100.Then, the display control unit 213 displays a second instruction screen with the setting button on the display device 142 (step S305). On the instruction screen, the instructions to move the work machine 100 to a desired position, to match the teeth of the bucket 163 to the same target object, and to press the setting button are displayed. The operator operates the work machine 100 and causes the work machine 100 to travel.

Während der Bediener die Arbeitsmaschine 100 bedient, erfasst die Messwerterfassungseinheit 214 die Messwerte der Neigungsmessvorrichtung 101, des Schwenkwinkelsensors 102, des Auslegerwinkelsensors 103, des Armwinkelsensors 104 und des Löffelwinkelsensors 105 (Schritt S306). Die Aktualisierungseinheit 221 bestimmt, ob die Einstelltaste betätigt worden ist oder nicht (Schritt S307). Wenn die Einstelltaste nicht betätigt wurde (Schritt S307: NEIN), d.h. wenn die Bewegung in die gewünschte Position nicht abgeschlossen wurde, führt die Rotationsumwandlungseinheit 217 an der im Hauptspeicher 230 gespeicherten Gestaltungsebene eine Rotationsumwandlung basierend auf dem Messwert der Neigungsmessvorrichtung 101 durch und aktualisiert sie (Schritt S308). Dann kehrt die Steuervorrichtung 200 zum Schritt S306 zurück und wiederholt die Verarbeitung, bis die Einstelltaste betätigt wird.While the operator is operating the work machine 100, the measurement value acquisition unit 214 acquires the measurement values of the inclination measuring device 101, the swing angle sensor 102, the boom angle sensor 103, the arm angle sensor 104, and the bucket angle sensor 105 (step S306). The update unit 221 determines whether or not the setting button has been operated (step S307). If the setting button has not been operated (step S307: NO), that is, if the movement to the desired position has not been completed, the rotation conversion unit 217 performs rotation conversion on the design plane stored in the main memory 230 based on the measurement value of the inclination measuring device 101 and updates it (step S308). Then, the control device 200 returns to step S306 and repeats the processing until the setting button is operated.

Wenn die Einstelltaste betätigt wird (Schritt S307: JA), d.h. wenn die Bewegung zur gewünschten Position abgeschlossen ist, legt die Positionsbestimmungseinheit 215 die Position der Zähne des Löffels 163 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem auf der Grundlage des von der Messwerterfassungseinheit 214 erfassten Messwerts fest (Schritt S309). Das heißt, die Positionsbestimmungseinheit 215 bestimmt die Position des Zielobjekts im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem zu dem Zeitpunkt (zweiten Zeitpunkt), wenn die Einstellungstaste des zweiten Führungsbildschirms betätigt wird.When the setting button is operated (step S307: YES), that is, when the movement to the desired position is completed, the position determination unit 215 sets the position of the teeth of the bucket 163 in the vehicle body coordinate system based on the measurement value acquired by the measurement value acquisition unit 214 (step S309). That is, the position determination unit 215 determines the position of the target object in the vehicle body coordinate system at the time (second time) when the setting button of the second guidance screen is operated.

Als Nächstes berechnet die Aktualisierungseinheit 221 einen Translationsvektor, der eine Differenz zwischen dem Positionsvektor, der die Position der in Schritt S304 angegebenen Zähne angibt, und dem Positionsvektor, der die Position der in Schritt S309 angegebenen Zähne angibt, ist (Schritt S310). Die Aktualisierungseinheit 221 verschiebt und aktualisiert die im Hauptspeicher 230 gespeicherte Gestaltungsebene unter Verwendung des berechneten Translationsvektors (Schritt S311). Dadurch kann die Aktualisierungseinheit 221 die Position der Gestaltungsebene im globalen Koordinatensystem vor und nach dem Fahren beibehalten.Next, the updating unit 221 calculates a translation vector that is a difference between the position vector indicating the position of the teeth specified in step S304 and the position vector indicating the position of the teeth specified in step S309 (step S310). The updating unit 221 translates and updates the shape stored in the main memory 230. design plane using the calculated translation vector (step S311). This enables the updating unit 221 to maintain the position of the design plane in the global coordinate system before and after driving.

<< Funktionsweise und Wirkungen >><< Functionality and effects >>

Im Folgenden wird die von der Aktualisierungseinheit 221 durchgeführte Aktualisierung der Gestaltungsebene unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 8 ist ein Diagramm, das eine Änderung der Gestaltungsebene vor und nach der Bewegung der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In dem in 8 dargestellten Beispiel weist die Gestaltungsebene einen Steigungswinkel auf. Der Bediener ordnet die Zähne des Löffels 163 zu einem Zeitpunkt t1 einem Zielobjekt tgt zu und lässt dann die Arbeitsmaschine 100 um eine Strecke L nach hinten fahren. Da im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem eine Gestaltungsebene s definiert ist, bleibt die relative Positionsbeziehung zwischen dem Schwenkkörper 140 und der Gestaltungsebene s erhalten, obwohl sich die Arbeitsmaschine 100 bewegt. Daher kommt es aus Sicht des globalen Koordinatensystems zu einer Abweichung zwischen einer Gestaltungsebene s1 vor der Bewegung der Arbeitsmaschine 100 und einer Gestaltungsebene s2 nach der Bewegung. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die relative Positionsbeziehung zwischen der zum Zeitpunkt t1 erfassten Position der Zähne des Löffels 163 und des Schwenkkörpers 140 analog zur Gestaltungsebene s beibehalten.Next, the update of the design plane performed by the update unit 221 will be described with reference to the drawings. 8th is a diagram showing a change in the design plane before and after the movement of the work machine 100 according to the first embodiment. In the 8th In the example shown, the design plane has a pitch angle. The operator assigns the teeth of the bucket 163 to a target object tgt at a time t1 and then causes the work machine 100 to move backward by a distance L. Since a design plane s is defined in the vehicle body coordinate system, the relative positional relationship between the swing body 140 and the design plane s is maintained even though the work machine 100 moves. Therefore, from the perspective of the global coordinate system, a deviation occurs between a design plane s1 before the movement of the work machine 100 and a design plane s2 after the movement. At this time, the relative positional relationship between the position of the teeth of the bucket 163 and the swing body 140 detected at time t1 is also maintained analogously to the design plane s.

9 ist eine Ansicht, die die Bewegung der Gestaltungsebene gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Danach, zu einem Zeitpunkt t2, ordnet der Bediener die Zähne des Löffels 163 wieder dem Zielobjekt tgt zu. Die Aktualisierungseinheit 221 berechnet einen Translationsvektor v, der den Änderungsbetrag der Position der Zähne zwischen der Position der Zähne zum Zeitpunkt t1 und der Position der Zähne zum Zeitpunkt t2 angibt. Der Translationsvektor v entspricht einem Bewegungsbetrag der Arbeitsmaschine 100, wie in 8 dargestellt. Daher aktualisiert die Aktualisierungseinheit 221 die Gestaltungsebene s2 zu einer Gestaltungsebene s3, indem sie die Gestaltungsebene s2 nach der Bewegung unter Verwendung des Translationsvektors v verschiebt. Die Gestaltungsebene s3 nach der Bewegung ist gleich der Gestaltungsebene s1 vor der Bewegung der Arbeitsmaschine 100, vom Standpunkt des globalen Koordinatensystems aus gesehen. 9 is a view showing the movement of the design plane according to the first embodiment. After that, at a time t2, the operator reassigns the teeth of the bucket 163 to the target object tgt. The updating unit 221 calculates a translation vector v indicating the amount of change in the position of the teeth between the position of the teeth at time t1 and the position of the teeth at time t2. The translation vector v corresponds to a movement amount of the work machine 100 as shown in FIG. 8th Therefore, the updating unit 221 updates the design plane s2 to a design plane s3 by translating the design plane s2 after the movement using the translation vector v. The design plane s3 after the movement is equal to the design plane s1 before the movement of the work machine 100, from the standpoint of the global coordinate system.

Auf diese Weise bewegt die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform die Gestaltungsebene auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Position der Zähne im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem, wenn die Zähne des Löffels 163 zu einem ersten Zeitpunkt an einem Referenzpunkt (z.B. dem Zielobjekt) am Standort positioniert sind, und der Position der Zähne, wenn die Zähne zu einem zweiten Zeitpunkt am Referenzpunkt positioniert sind. Dadurch kann die Steuervorrichtung 200 die Position der Gestaltungsebene im globalen Koordinatensystem beibehalten, obwohl sich die Position der Arbeitsmaschine 100 aufgrund des Fahrens ändert.In this way, the control device 200 according to the first embodiment moves the design plane based on a difference between the position of the teeth in the vehicle body coordinate system when the teeth of the bucket 163 are positioned at a reference point (e.g., the target object) in the location at a first time and the position of the teeth when the teeth are positioned at the reference point at a second time. This enables the control device 200 to maintain the position of the design plane in the global coordinate system even though the position of the work machine 100 changes due to traveling.

Darüber hinaus führt die Steuervorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform an der Gestaltungsebene zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt eine Rotationsumwandlung durch, basierend auf dem Messwert der Haltung des Schwenkkörpers 140. Dadurch kann die Steuervorrichtung 200 die Position der Gestaltungsebene im globalen Koordinatensystem beibehalten, obwohl sich die Haltung der Arbeitsmaschine 100 aufgrund der Bewegung der Arbeitsmaschine 100 ändert. Ferner muss in einer anderen Ausführungsform, wenn die Arbeitsmaschine 100 immer die gleiche Haltung beibehalten kann, die Steuervorrichtung 200 die Rotationsumwandlung der Gestaltungsebene nicht durchführen. Als Arbeitsmaschine 100, die immer die gleiche Haltung beibehält, ist als Beispiel die Arbeitsmaschine 100 o.ä. zu nennen, die auf einer geradlinig geformten Schiene ohne Verdrehung verfährt.Furthermore, according to the first embodiment, the control device 200 performs rotation conversion on the design plane between the first time and the second time based on the measurement value of the posture of the swing body 140. This enables the control device 200 to maintain the position of the design plane in the global coordinate system even though the posture of the work machine 100 changes due to the movement of the work machine 100. Further, in another embodiment, if the work machine 100 can always maintain the same posture, the control device 200 does not need to perform rotation conversion of the design plane. As the work machine 100 that always maintains the same posture, an example is the work machine 100 or the like that travels on a straight-shaped rail without twisting.

<Andere Ausführungsform><Other embodiment>

Die Ausführungsformen wurden zuvor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben; die konkreten Konfigurationen sind jedoch nicht auf die zuvor beschriebenen Konfigurationen beschränkt, und es können verschiedene Konstruktionsänderungen oder Ähnliches vorgenommen werden. Das heißt, in einer anderen Ausführungsform kann die Reihenfolge der zuvor beschriebenen Verarbeitung in geeigneter Weise geändert werden. Darüber hinaus kann ein Teil der Verarbeitung parallel ausgeführt werden.The embodiments have been described in detail above with reference to the drawings; however, the specific configurations are not limited to the configurations described above, and various design changes or the like may be made. That is, in another embodiment, the order of the processing described above may be appropriately changed. Moreover, part of the processing may be executed in parallel.

Die Steuervorrichtung 200 gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann durch einen einzigen Computer konfiguriert werden, oder die Konfiguration der Steuervorrichtung 200 kann so angeordnet sein, dass sie in eine Vielzahl von Computern aufgeteilt ist, und die Vielzahl von Computern kann als die Steuervorrichtung 200 arbeiten, indem sie miteinander zusammenarbeiten. In diesem Fall kann ein Teil der Computer, die die Steuervorrichtung 200 bilden, innerhalb der Arbeitsmaschine 100 angebracht sein, und ein anderer Computer kann außerhalb der Arbeitsmaschine 100 vorgesehen sein.The control device 200 according to the above-described embodiment may be configured by a single computer, or the configuration of the control device 200 may be arranged to be divided into a plurality of computers, and the plurality of computers may function as the control device 200 by cooperating with each other. In this case, a part of the computers constituting the control device 200 may be mounted inside the work machine 100, and another computer may be provided outside the work machine 100.

Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability

Gemäß mindestens einem der zuvor beschriebenen Aspekte ist es möglich, eine Gestaltungsebene zur Steuerung eines Anbaugerätes zu erzeugen, ohne sich auf ein globales Koordinatensystem zu beziehen.According to at least one of the aspects described above, it is possible to create a design plane for controlling an attachment without referring to a global coordinate system.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
ArbeitsmaschineWorking machine
101101
NeigungsmessvorrichtungInclination measuring device
102102
DrehwinkelsensorAngle sensor
103103
AuslegerwinkelsensorBoom angle sensor
104104
ArmwinkelsensorArm angle sensor
105105
LöffelwinkelsensorBucket angle sensor
111111
Motorengine
112112
Hydraulikpumpehydraulic pump
113113
SteuereinheitControl unit
114114
FahrmotorDrive motor
115115
SchwenkmotorSwivel motor
116116
AuslegerzylinderBoom cylinder
117117
ArmzylinderArm cylinder
118118
LöffelzylinderBucket cylinder
120120
UnterwagenUndercarriage
140140
SchwenkkörperSwivel body
141141
BetätigungsvorrichtungActuating device
142142
BildschirmvorrichtungScreen device
160160
AnbaugerätAttachment
161161
Auslegerboom
162162
Armpoor
163163
LöffelSpoon
180180
FahrerkabineDriver's cab
200200
SteuervorrichtungControl device
210210
Prozessorprocessor
211211
BetätigungsbetragserfassungseinheitOperation amount detection unit
212212
EingabeeinheitInput unit
213213
AnzeigesteuereinheitDisplay control unit
214214
MesswerterfassungseinheitData acquisition unit
215215
PositionsbestimmungseinheitPositioning unit
216216
ErzeugungseinheitGeneration unit
217217
RotationsumrechnungseinheitRotation conversion unit
218218
EingriffsbestimmungseinheitIntervention determination unit
219219
EingriffssteuereinheitIntervention control unit
220220
SteuersignalausgabeeinheitControl signal output unit
221221
AktualisierungseinheitUpdate unit
230230
HauptspeicherMain memory
250250
SpeicherStorage
270270
Schnittstelleinterface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2021141520 [0002]JP2021141520 [0002]
  • JP 5654144 [0004]JP5654144 [0004]

Claims (6)

Steuersystem, das eine Arbeitsmaschine steuert, die einen Unterwagen, der so konfiguriert ist, dass er sich bewegt, einen Schwenkkörper, der so konfiguriert ist, dass er schwenkbar von dem Unterwagen getragen wird, und ein Anbaugerät, das so konfiguriert ist, dass es betriebsfähig von dem Schwenkkörper getragen wird, umfasst, wobei das Steuersystem umfasst: einen Prozessor, wobei der Prozessor eine Gestaltungsebene erzeugt, die durch eine Ebene auf einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwenkkörpers ist, die Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystem in Verbindung mit einem Schwenkkörper dreht, eine Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem angibt und das Anbaugerät auf der Grundlage der vorgegebenen Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene steuert.A control system that controls a work machine that includes an undercarriage configured to move, a swing body configured to be swingably supported by the undercarriage, and an attachment configured to be operably supported by the swing body, the control system comprising: a processor, wherein the processor generates a design plane defined by a plane on a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of the swing body, rotates the design plane about the origin of the vehicle body coordinate system in conjunction with a swing body, indicates a position of the attachment in the vehicle body coordinate system, and controls the attachment based on the predetermined position of the attachment and the design plane. Steuersystem gemäß Anspruch 1, wobei der Prozessor einen Messwert von einer Neigungsmessvorrichtung erhält, die die Haltung des Schwenkkörpers misst, auf der Grundlage des Messwerts den Betrag der durch das Schwenken des Schwenkkörpers verursachten Haltungsänderung berechnet, und die Gestaltungsebene in Abhängigkeit von der Veränderung der Körperhaltung umwandelt.Tax system according to Claim 1 , wherein the processor receives a measurement value from an inclination measuring device which measures the posture of the swivel body, calculates the amount of posture change caused by the swiveling of the swivel body based on the measurement value, and converts the design plane depending on the change in posture. Steuersystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Prozessor die Gestaltungsebene auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer ersten Position, die eine Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem ist, wenn das Anbaugerät zu einem ersten Zeitpunkt an einem Referenzpunkt eines Standorts positioniert sind, und einer zweiten Position, die eine Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem ist, wenn die Anbaugeräte zu einem zweiten Zeitpunkt am Referenzpunkt positioniert sind, bewegt.Tax system according to Claim 1 or 2 wherein the processor moves the design plane based on a difference between a first position that is a position of the attachment in the vehicle body coordinate system when the attachment is positioned at a reference point of a location at a first time and a second position that is a position of the attachment in the vehicle body coordinate system when the attachment is positioned at the reference point at a second time. Steuersystem gemäß Anspruch 3, wobei das erste Mal ein Zeitpunkt vor der Fahrbewegung durch den Unterwagen ist, und das zweite Mal ein Zeitpunkt nach der Fahrbewegung durch den Unterwagen ist.Tax system according to Claim 3 , where the first time is a point in time before the travel movement by the undercarriage, and the second time is a point in time after the travel movement by the undercarriage. Steuerverfahren für eine Arbeitsmaschine mit einem Unterwagen, der so konfiguriert ist, dass er sich bewegt, einem Schwenkkörper, der so konfiguriert ist, dass er von dem Unterwagen schwenkbar getragen wird, und einem Anbaugerät, das so konfiguriert ist, dass es von dem Schwenkkörper betriebsfähig getragen wird, wobei das Steuerverfahren umfasst: einen Schritt des Erzeugens einer Gestaltungsebene, die durch eine Ebene in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwenkkörpers ist; einen Schritt des Rotationsumwandelns der Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in Verbindung mit einem Schwenken des Schwenkkörpers; einen Schritt des Festlegens einer Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem; und einen Schritt des Steuems des Anbaugerätes auf der Grundlage der festgelegten Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene.A control method for a work machine having an undercarriage configured to move, a swing body configured to be swingably supported by the undercarriage, and an attachment configured to be operatively supported by the swing body, the control method comprising: a step of generating a design plane defined by a plane in a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of the swing body; a step of rotationally converting the design plane around the origin of the vehicle body coordinate system in association with swinging of the swing body; a step of setting a position of the attachment in the vehicle body coordinate system; and a step of controlling the attachment based on the set position of the attachment and the design plane. Steuerprogramm, das einen Computer einer Arbeitsmaschine mit einem Unterwagen, der so konfiguriert ist, dass er fährt, einem Schwenkkörper, der so konfiguriert ist, dass er schwenkbar von dem Unterwagen getragen wird, und einem Anbaugerät, das so konfiguriert ist, dass es betriebsbereit von dem Schwenkkörper getragen wird, dazu bringt die folgenden Schritte auszuführen: einen Schritt des Erzeugens einer Gestaltungsebene, die durch eine Ebene in einem Fahrzeugkörper-Koordinatensystem definiert ist, dessen Ursprung ein repräsentativer Punkt des Schwenkkörpers ist; einen Schritt des Rotationsumwandelns der Gestaltungsebene um den Ursprung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems in Verbindung mit einem Schwenken des Schwenkkörpers; einen Schritt des Festlegens einer Position des Anbaugerätes im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem; und einen Schritt des Steuems des Anbaugerätes auf der Grundlage der festgelegten Position des Anbaugerätes und der Gestaltungsebene.A control program that causes a computer of a work machine having an undercarriage configured to travel, a swing body configured to be swingably supported by the undercarriage, and an attachment configured to be operably supported by the swing body to perform the following steps: a step of generating a design plane defined by a plane in a vehicle body coordinate system whose origin is a representative point of the swing body; a step of rotationally converting the design plane about the origin of the vehicle body coordinate system in conjunction with swinging of the swing body; a step of setting a position of the attachment in the vehicle body coordinate system; and a step of controlling the attachment based on the set position of the attachment and the design plane.
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