DE19858402A1

DE19858402A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Aushubstrategie

Info

Publication number: DE19858402A1
Application number: DE19858402A
Authority: DE
Inventors: Sanjiv Singh; Howard Cannon
Original assignee: Carnegie Mellon University
Current assignee: Carnegie Mellon University
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 1999-06-24
Also published as: JPH11247230A; US6108949A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und ein Verfahren zum Planen einer Strategie zum Durchführen eines Aushubvorgangs durch eine Erdbewegungsmaschine, und insbeson dere auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen einer optimalen Aushubstrategie zum Bewerten einer Reihe möglicher Aushubdurchführungen.

Maschinen wie zum Beispiel Bagger, Hecktieflöffel, Front schaufeln und dergleichen werden für die Durchführung von Erdbewegungsarbeiten verwendet. Diese Erdbewegungsmaschinen haben Werkzeuge, die aus Ausleger-, Stock- und Schaufel-Glied verbindungen bestehen. Der Ausleger ist an einem Ende schwenk bar mit der Baggermaschine verbunden und am anderen Ende schwenkbar an einem Stock befestigt. Die Schaufel ist schwenk bar mit dem freien Ende des Stocks verbunden. Jede Werkzeug- Gliedverbindung wird durch mindestens einen Hydraulikzylinder zur Bewegung in einer vertikalen Ebene steuerbar betätigt. Ein Bediener bedient typischerweise das Werkzeug zum Durchführen einer Reihe unterschiedlicher Funktionen, die einen vollstän digen Erdbewegungs-Arbeitszyklus ergeben.

In einem typischen Arbeitszyklus positioniert der Bedie ner das Werkzeug zuerst an einem Aushubort und senkt das Werkzeug so lange ab, bis die Schaufel in den Boden eindringt. Dann koordiniert der Bediener die Bewegung mehrerer Gelenke zum Heranholen der Schaufel zur Baggermaschine. Dann winkelt der Bediener die Schaufel an, um die Erde aufzufangen. Zum Entladen des aufgefangenen Materials hebt der Bediener das Werkzeug an, schwenkt es zu einem bestimmten Entladeort und läßt die Erde herausfallen, indem der Stock ausgestreckt und die Schaufel entrollt wird. Das Werkzeug wird dann zum Aushub ort zurückgeführt, und der Arbeitszyklus beginnt erneut.

Auf dem Gebiet der Erdbewegung gibt es aus mehreren Gründen einen wachsenden Bedarf nach der Automatisierung des Arbeitszyklus einer Baggermaschine. Im Gegensatz zu einem Menschen bleibt eine automatische Baggermaschine unabhängig von den Umweltbedingungen und längeren Arbeitszeiten gleich bleibend produktiv. Die automatische Baggermaschine ist ideal in Anwendungsbereichen, wo die Bedingungen für Menschen un geeignet oder ungünstig sind. Eine automatische Maschine ermöglicht auch einen genaueren Aushub und gleicht die Unge übtheit eines Bedieners aus.

Die Hauptkomponenten beim automatischen Baggern, z. B. das Ausgraben von Material, das Laden von Material in Kipper und das Erkennen von Ladebehältnispositionen und Ausrichtungen befinden sich derzeit in der Entwicklung. Alle diese Funktio nen werden typischerweise durch Software in Computern ausge führt. Es werden Planungsschritte zum Bestimmen einer Strate gie für ein optimales Baggern benötigt. Der bestimmte Ort für jeden Baggervorgang und die Annäherung des Werkzeugs an den Aushubstartpunkt müssen bestimmt werden, so daß der Aushubvor gang so effizient wie möglich vonstatten geht.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, eines oder mehr der oben angeführten Probleme zu lösen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Planungs system und -verfahren vorgesehen für Erdbewegungsoperationen, wie das Graben von Gründungen oder das Einebnen eines Erdhü gels, wobei drei verschiedene Ebenen der Verarbeitung zum Planen des Aushubs vorgesehen sind. Eine der Verarbeitungs ebenen ist ein Grobplaner, der die Geometrie des Orts und die Zielkonfiguration des Terrains dazu verwendet, den Aushubbe reich in ein rasterartiges Muster kleinerer Aushubbereiche aufzuteilen und die Grenzen und die Abfolge des Aushebens für jeden Bereich zu bestimmen. Die nächste Ebene ist ein Fein planer, durch den jeder Aushubbereich in der vom Grobplaner bestimmten Aushub-Reihenfolge nach dem optimalen durchzufüh renden Aushubweg untersucht wird. Dazu werden mögliche Aushub durchführungen ausgewählt, die mit den geometrischen Ein schränkungen der Maschine durchführbar sind und die ungefähr innerhalb der Grenzen des auszuhebenden Bereichs liegen. Der Feinplaner bewertet die möglichen Aushubdurchführungen unter Verwendung eines Vorwärts(regelungs)modells des Aushubvorgangs und durch Optimieren einer Kostenfunktion aufgrund von Lei stungskriterien wie das Volumen des ausgehobenen Materials, der verbrauchten Energie und der Zeit, wodurch der optimale Ort und die optimale Ausrichtung der Schaufel zum Beginnen des Ausbaggern des Bereichs bestimmt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Aushubort;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungs form;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines durch den Grobplaner in Bereiche aufgeteilten Aushuborts;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Baggers am Aushubort, in der die Parameter zum Definieren der optimalen Position und Ausrichtung der Schaufel gezeigt sind, wenn diese in die Aushuboberfläche eindringt;

Fig. 5 Beispiele von Bewertungskriterien zum Auswählen des Aushubbereichs; und

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Regelung.

Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Beispiels eines Aushub orts, in der einen Bagger 30 mit einem Werkzeug gezeigt ist, das einen Ausleger 32, einen Stock 34 und eine Schaufel 36 aufweist. Der Bagger 30 ist auch so konstruiert, daß er sich horizontal um eine Achse 38 drehen und so das Werkzeug vom Aushubbereich oder der Aushuboberfläche zu einem Entladepunkt 42, in Fig. 1 als die Ladefläche eines Kippers 44 gezeigt, bewegen kann.

Der Bagger 30 kann mit einem oder mehreren Sensorsystemen 46, 48 ausgerüstet sein, die so positioniert sind, daß sie während des Fortschreitens des Arbeitszyklus Informationen über die Aushubumgebung liefern. Die Sensorsysteme 46, 48 sind in ein (nicht dargestelltes) Steuerungssystem integriert und werden unabhängig oder zusammenwirkend betrieben. Wenn das Steuerungssystem die Sensorsysteme 46, 48 unabhängig betreibt, liefert jedes Sensorsystem 46, 48 Informationen über verschie dene Bereiche der Aushubumgebung. Dadurch kann das Steuerungs system Information für mehrere Aufgaben gleichzeitig verarbei ten und die optimale Bewegung und Zeitabstimmung des Betriebs zum Steuern des Baggers 30 bestimmen. Wenn die Sensorsysteme 46, 48 zusammenwirkend eingesetzt werden, können sie Informa tion über den gleichen Bereich liefern, so daß eine Aufgabe effizienter durchgeführt werden kann. Ob die Sensorsysteme 46, 48 unabhängig oder zusammen arbeiten, sie sind jedenfalls auf dem Bagger 30 oder an einem Ort in der Nähe des Aushuborts 40 angeordnet, der es den Sensoren ermöglicht, die entsprechenden Teile der Umgebung abzutasten. Die durch die Sensorsysteme 46, 48 gesammelten Daten werden an einen (nicht dargestellten) Datenserver geschickt und dort zum Erstellen einer Erhebungs abbildung des umgebenden Terrains verarbeitet. Diese Terrain abbildung kann vom Aushubplaner verwendet werden, wenn er den umgebenden Bereich nach dem optimalen Aushubort absucht.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Komponenten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aushubplaners 58. Die Komponenten des Aushubplaners 58 sind unter anderem ein Grob planer 60, ein Feinplaner 62, ein Bewerter 64 der möglichen Aushubdurchführungen, und eine Regelung 66. Der Grobplaner 60 empfängt Information über die Aushubumgebung vom (nicht darge stellten) Datenserver. Weitere Softwaremodule liefern Informa tion über das Behältnis oder einen anderen Ort, an dem das ausgehobene Material abgeladen werden soll. Der Grobplaner 60 teilt (oder tesselliert, würfelt) den Aushubbereich in kleine re Bereiche und wählt aufgrund der Gesamtstrategie zum Entfer nen von Material einen bestimmten Bereich aus. Diese Informa tion geht an den Feinplaner 62, der innerhalb der Bereichs grenzen nach einem lokal optimalen Satz von Aushubparametern sucht, die die Position und Ausrichtung der Baggerschaufel beim Eindringen in den Boden definieren. Die Regelung 66 koordiniert die Steuerung des Aushubvorgangs von dem Zeit punkt, da die Schaufel in die Oberfläche des Aushuborts ein dringt, bis zur Vollendung des Aushubtakts.

Beim Grobplaner 60 wird eine verallgemeinerte Gesamt strategie zum Entfernen von Material vom Aushubort in geord neter und effizienter Weise verwendet, die sich auf eine Vorgehensweise stützt, die von geübten Bedienern typischerwei se verfolgt wird. Fig. 3 zeigt eine Maschine, insbesondere einen Bagger 70 bei einem "Böschungsladevorgang", bei dem der Bagger 70 auf einem erhöhten Teil des Terrains über einem Aus hubort 72 befindet, so daß ein Werkzeug 76 zum Ausheben in eine Oberfläche 74 des Orts 72, die auch als "Böschung" be zeichnet wird, abgesenkt werden kann. Nachdem eine Schaufel 78 gefüllt ist, wird das Werkzeug angehoben, und das ausgehobene Material wird in ein nahes Behältnis, wie zum Beispiel einen (nicht dargestellten) Kipper, entladen.

Der Grobplaner teilt bzw. tesselliert den Ort 72 in ein Raster 80 kleinerer Bereiche. Der Grobplaner wählt dann einen bestimmten Bereich aus, was aufgrund von Vorgehensweisen geschieht, wie sie geübte Bediener verwenden, wie zum Beispiel das Abtragen von Material von links nach rechts, wenn die Kabine des Baggers auf der linken Seite ist, und von oben an einem Aushubort 72 und dann das Wiederholen dieses Ablaufs unten an der Oberfläche 74. Wenn die Kabine des Baggers rechts ist, kann das Material von rechts nach links abgetragen wer den, so daß der Bediener zum Bewegen des Baggers einen unver stellten Blick hat. Die auf den jeweiligen Bereichen des Rasters 80 in Fig. 3 angegebenen Nummern 1 bis 10 zeigen die Reihenfolge an, in der die Bereiche nach dieser Vorgehensweise ausgehoben werden. Diese Verfahrensweise hat mehrere Vorteile. Bei diesem Beispiel ist das (nicht dargestellte) Ladebehältnis auf der linken Seite des Baggers 70. Nach dem Ausheben schwenkt der Bagger 70 nach links zum Abladen des Materials im Behältnis. Dadurch, daß zuerst von der am äußersten linken Rand gelegenen Position Material abgetragen wird, muß das Werkzeug 76 nicht so hoch gehoben werden, um nicht mit Materi al zusammenzustoßen, wenn es zum Behältnis geschwenkt wird, wodurch die Gesamtzykluszeit verbessert wird. Beim Ausbaggern von oben nach unten werden schließlich geringere Kräfte für das Werkzeug 76 benötigt, wenn in den unteren Bereichen gebag gert wird, da das Gewicht des Materials der oberen Bereiche wegfällt und daher nicht mehr zu den Bodenreaktionskräften beiträgt. Zusätzlich kann ein Wegräumen von Material von den oberen Bereichen eine unverstellte Sicht auf das darunter liegende Material ermöglichen. Diese Vorteile gelten, ob der Bagger 70 jetzt von einem Menschen oder automatisch betrieben wird.

Wenn die Strategie zum Abtragen von Material festgelegt wurde, weist der Grobplaner eine weitere Logik zum Bestimmen vom Feinplaner zu benutzender Grenzinformationen auf. Bei der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist eine der Eingaben an den Grobplaner 60 eine Terrainabbildung, die eine numerische Beschreibung der Form des Terrains darstellt. Der Grobplaner 60 führt unter Verwendung der Terrainabbildung einen Randerfassungsalgorithmus durch, womit er dann die Grenzen der Aushubbereiche findet. In Fig. 3 ist der Arbeits bereich um den Bagger 70 an einer bestimmten Position durch eine Halbzylinderform gegeben, und die Bereiche im Aushub raster 80 werden daher unter Verwendung eines zylindrischen Koordinatensystems definiert. Äußere radiale Erstreckungen 84 des Aushuborts 72 können entweder durch die Grenzen des auszu hebenden Materials oder die kinematischen Grenzen der Maschine definiert werden. Unter Verwendung der kinematischen Grenzen der Maschine sind die äußeren radialen Erstreckungen 84 des Rasters 80 so definiert, daß der Bagger 70 während des Aushe bens in einer stabilen Position bleibt. Zum Beispiel bieten die Fahrketten 82 des Baggers 70 eine stabilere Plattform zum Baggern, wenn sich das Werkzeug 76 innerhalb der radialen Erstreckungen der Baggerketten 82 befindet.

Innerhalb der äußeren Erstreckungen 84 ist der Aushubort 72 in Aushubbereiche mit annähernd rechteckigen Grenzen aufge teilt, die ungefähr eine Schaufel breit sind, wobei sich oben an der Fläche 74 Überlappungen ergeben. Unter Verwendung der Grenzen des ausgewählten Aushubbereichs, die vom Grobplaner bestimmt wurden, sucht dann der Feinplaner nach einem Ort, an dem das Baggern beginnen kann. In Fig. 4 ist an einem Ende einer Entfernung d eine Startposition 94 gezeigt, wobei d durch die radiale Entfernung vom oberen Ende eines Bereichs A bis zu dem Punkt definiert ist, wo die Vorderkante 96 der Schaufel auf die Oberfläche der Böschung 100 trifft, und α ein Ausrichtungswinkel der Vorderkante 96 der Baggerschaufel 98 bei der Annäherung an die Böschung 100 ist. Da die Steuerung des Aushubs von der Regelung übernommen wird, die von dem Zeitpunkt an wirkt, an dem die Vorderkante 96 der Schaufel 98 in die Böschung 100 eintritt, sucht der Feinplaner nur nach der Position d und der Ausrichtung α der Schaufel beim Ein dringen in die Böschung 100.

Die optimale Startposition 94 und -ausrichtung α kann durch Bewerten der unter Verwendung von möglichen Parametern für d und α erreichten Raumwegen (Trajektorien) gefunden werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die mögli chen Parameter auf zwei Weisen ausgewertet. Zuerst wird ein möglicher Parametersatz auf Durchführbarkeit überprüft, zum Beispiel, ob die durch die vorgeschlagenen Aushubparameter erforderliche Maschinenkonfiguration erreichbar ist. Zweitens wird die Qualität einer möglichen Aktion so berechnet, daß die Aktion ausgewählt wird, die die besten Ergebnisse erzielt. Beide Bewertungsprozesse erfordern eine Vorhersage des Ergeb nisses einer ausgewählten Aktion. Eine Weise, in der diese Vorhersage getroffen werden kann, ist unter Verwendung eines Vorwärts-Simulationsmodells der Regelung, die den Raumweg des Werkzeugs 102 bestimmt. Das Modell der Regelung sagt den Raumweg der Schaufel während jedes Aushubtakts voraus, wobei die Startposition 94 und die Ausrichtung α der Schaufel ver wendet werden. Die Bedingung des Materials (z. B. nasser Sand oder lose Erde) können zusätzlich zum Vorhersagen der Wider standskräfte verwendet werden, die die Schaufel während des Aushebens antreffen wird. Zusätzlich zum Erzeugen des Raumwegs der Schaufel berechnet das Simulationsmodell die zum Durch führen des Aushubs benötigte Zeit und Energie sowie die Menge an Material, die in die Schaufel geschoben wird. In Fig. 5 sind Kurven gezeigt, die Beispiele von Kriterien zum Auswählen der möglichen Parameter d und α sind. Zum Vergleichen eines Satzes möglicher Parameter mit anderen kann eine Qualitätszahl Q verwendet werden, die durch eine Funktion, wie zum Beispiel die folgende, bestimmt wird:

Q = V(Volumen).W(Arbeit).T(Zeit).

Diese Beispielfunktion bewertet die Gesamtqualität des simulierten Raumwegs. Die Beispielfunktionen V, T, und W hängen von dem aufgefangenen Volumen der für das Ausheben benötigten Energie bzw. Zeit ab. Zum Veranschaulichen des Verhaltens dieser Funktionen kann zum Beispiel betrachtet werden, wie die V-Funktion in Fig. 5 definiert ist. Wenn die Schaufel weniger als 1 Kubikmeter auffängt, ist der V-Wert null, und daher ist der Qualitätswert null. Das bedeutet, daß alle der möglichen Aushube, die weniger als 1 Kubikmeter aufnehmen, verworfen werden. Beim Ansteigen des Aufnahmevolu mens über 1 Kubikmeter steigt die V-Funktion linear an, und der Qualitätswert verbessert sich entsprechend. Über 1,5 Kubikmeter steigt jedoch die V-Funktion nicht weiter an, weil das Fassungsvermögen der Schaufel 1,5 Kubikmeter ist und einer Aufnahme über diese Materialmenge hinaus kein Wert beigemessen wird. In ähnlicher Weise fallen die T- und die W-Funktion linear ab, während die für das Ausheben benötigte Zeit und Arbeit zunehmen. Die Größe von Q ist daher ein Maß dafür, wie gut der Aushub diesen Leistungskriterien genügt. Die möglichen Parameter, die der erwünschten Qualität und den erwünschten Ergebnissen entsprechen, die typischerweise die höchste Quali tät ist, werden dann gewählt. Funktionen, die von anderen Variablen abhängen, die sich auf die Qualität der erwünschten Ergebnisse auswirken, können auch anstelle der oder zusätzlich zu der oben angegebenen Beispielfunktion verwendet werden.

Nachdem der Raumweg der Schaufel vorhergesagt wurde, kann er nach zusätzlichen Einschränkungsüberschreitungen hin unter sucht werden. Zum Beispiel kann es unerwünscht sein, unter eine bestimmte Bodentiefe zu graben, oder Vertiefungen oder Löcher zu hinterlassen, die anderen Maschinen Probleme berei ten könnten. Der Raumweg wird daher auch nach einer Formein schränkung hin beurteilt, die das Aushubergebnis innerhalb einer vorbestimmten Form hält. Die Form kann einer beliebigen Form entsprechen, die der Bagger erzielen kann, wie zum Bei spiel der ausgehobene Bereich für ein Fundament mit geraden oder schrägen Seitenwänden und einem ebenen oder geneigten Boden.

Die Regelung für das Werkzeug erzeugt Befehle zum Steuern der Betätigung von Hydraulikzylindern, die wirksam mit der Schaufel, dem Stock und dem Ausleger verbunden sind. Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Regelung 200, die in die Erfindung einbezogen sein kann. Die Regelung 200 weist Positionssensoren 210, 215, 220 auf, die entspre chende Positionssignale auf entsprechende Positionen eines Auslegerzylinders 140, eines Stockzylinders 145 und eines Schaufelzylinders 150 erzeugen. Drucksensoren 230, 235, 240 erzeugen entsprechende Drucksignale auf entsprechende beim Ausleger-, Stock- und Schaufel-Hydraulikzylinder 140, 145, 150 auftretende Hydraulikdrücke. Ein Mikroprozessor 250 empfängt die Positions- und Drucksignale über eine Signalkonditionier einrichtung 245 und erzeugt Befehlssignale, die steuerbar vorbestimmte Steuerventile 270, 275, 280 betätigen, die zum Durchführen des Arbeitszyklus wirkungsvoll mit den Hydraulik zylindern 140, 145, 150 verbunden sind. Der Mikroprozessor 250 verwendet die Drucksignale und Zylinderpositionen zum Lenken der Schaufel während des Aushebens und um zu bestimmen, wann das Baggern vollständig durchgeführt ist.

Der Algorithmus zum Bestimmen der Aushubstrategie ist als ein eingeschränktes Optimierungsproblem formuliert, das eine Beschreibung des Terrains in der Form einer Terrainabbildung, kinematische und dynamische Modelle des Baggers und Modelle von während des Aushubs erfahrenen Widerstandskräften beinhal tet. Der Feinplanungsalgorithmus berechnet eine Abfolge von Schaufelbewegungen (spezifiziert durch die Start- und Endposi tion und die Ausrichtung der Schaufel) für mehrere unter schiedliche mögliche Bewegungsabläufe, wie zum Beispiel ein oder mehr Aushübe, Bodensäuberung und die Entfernung, die ein auf einer Böschung stehender Bagger rückwärts fahren kann. Die Bewegungsabfolgen für mögliche Aushübe werden aufgrund des ausgehobenen Volumens, der Aushubtiefe, der benötigten Zeit und der verbrauchten Energie bewertet, um den optimalen Ort zu bestimmen, von dem angefangen wird auszuheben.

Der Bodensäuberungsalgorithmus bestimmt zuerst die Anzahl der benötigten Schaufelaktionen. Die Raumwege werden so ge wählt, daß die durch die Schaufel auf dem Boden nachgezeichne ten Rechtecke sich am äußeren Ende der Reichweite des Baggers gerade noch überschneiden und an der Stelle enden, wo der Boden auf die Oberfläche der Böschung trifft. Dadurch kann Restmaterial weggeräumt werden, das während des Ausbaggerns des benachbarten Bereichs übrigblieb. Als nächstes minimiert der Algorithmus die Bodensäuberungsaktionen auf die Abschnitte des Bodens, die über einem vorbestimmten erwünschten Bodenhö henschwellenwert liegen. Die Berechnung der "Rücksetz"-Entfer nung geschieht durch Bildung der Differenz zwischen der Ent fernung, die der Bagger erreichen kann, und der Entfernung, die der Bagger aufgrund des auf der Böschung und dem Boden verbleibenden Materials erreichen muß.

Eine Logik zum Bestimmen der besten zu unternehmenden Aktion kann auch eine Entscheidung darüber enthalten, ob ein Behältnis, wie zum Beispiel ein Kipper zur Beladung bereit steht. Wenn kein Behältnis zur Beladung bereitsteht, kann die Erfindung beurteilen, ob ein Zurücksetzen und ein neues Posi tionieren des Baggers zu einem besseren Ergebnis führt. Eine solche Logik trägt dazu bei, die Produktivität des Baggers zu steigern, wenn der Bagger so lange weiterbaggert, bis das Behältnis voll ist (oder das auszubaggernde Material ausgeht). Erfindungsgemäß wird also die Zeit, die der Bagger sonst nichts tun würde (weil er auf das nächste Ladebehältnis war tet), zum neuen Positionieren des Baggers verwendet.

Erfindungsgemäß ist auch eine Einrichtung zum effizienten Ausheben unterschiedlicher Terraingeometrien vorgesehen. Die Strategie kann "on-line" während des Betriebs eines Baggers zum Planen der Abfolge der Aushubvorgänge verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Planen von Erdbewegungsoperationen unter Verwendung einer Terrainabbildung eines Aushubbereichs, und eines Baggers mit einem Werkzeug, das eine Schaufel, einen Stock und einen Ausleger aufweist, die in dieser Abfolge miteinander verbunden sind und durch Hydraulikzylinder be weglich betätigt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Unterteilen des Aushubbereichs in mehrere Aushubunterbe reiche unter Verwendung von Expertenheuristik;
(b) Bestimmen mindestens eines möglichen Orts der Schaufel zum Beginnen eines Aushubs für jeden Aushubunterbereich;
(c) Vorhersagen eines Aushubergebnisses eines jeden möglichen Orts;
(d) Bestimmen eines Qualitätsmaßes der vorhergesagten Aushub ergebnisse durch Bewerten mindestens eines Leistungsparame ters; und
(e) Auswählen eines Startorts in Abhängigkeit von dem Quali tätsmaß der vorhergesagten Aushubergebnisse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) weiter beinhaltet, daß der Aushubbereich in mehre re Aushubunterbereiche in einem zylindrischen Koordinatenrah men aufgeteilt wird und radiale Erstreckungen der Aushubunter bereiche aufgrund kinematischer Einschränkungen des Baggers bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) weiter beinhaltet, daß jedem Aushubunterbereich eine Reihenfolgenummer zugeteilt wird, die der Abfolge ent spricht, nach der der Bereich ausgehoben werden soll.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (b) weiter beinhaltet, daß ein möglicher Ort der Schaufel zum Säubern des Bodens des Aushubbereichs bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (b) weiter beinhaltet, daß eine neue Position für den Bagger bestimmt wird, bevor ein möglicher Ort für die Schaufel ausgewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (b) weiter beinhaltet, daß eine Ausrichtung der Vor derkante der Schaufel bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) weiter beinhaltet, daß ein simuliertes Modell einer Regelung zum Vorhersagen des Raumwegs des Werkzeugs während des Aushebens aufgrund des Startorts und der Startaus richtung der Schaufel sowie aufgrund von Eigenschaften des auszuhebenden Materials verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) weiter beinhaltet, daß ein Vorwärtsmodell des Aushubprozesses zum Vorhersagen des Aushubergebnisses ver wendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) weiter beinhaltet, daß das Qualitätsmaß der vor hergesagten Aushubergebnisse durch Beurteilen der zum Durch führen des Aushubs zu verwendender Energie bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) weiter beinhaltet, daß das Qualitätsmaß der vor hergesagten Aushubergebnisse durch Beurteilen des während des Aushubs in der Schaufel aufgenommenen Volumens bestimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) weiter beinhaltet, daß das Qualitätsmaß der vor hergesagten Aushubergebnisse durch Beurteilen der Zeit be stimmt wird, die zum Durchmessen des vorhergesagten Raumwegs benötigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) weiter beinhaltet, daß die Anzahl von Schaufel aktionen, die zum Säubern des Bodens des Aushubbereichs benö tigt werden, bestimmt wird und die Entfernung berechnet wird, die zum neuen Positionieren des Baggers zum Erreichen des Materials am Boden und an der Böschung des Aushubbereichs benötigt wird.

13. Verfahren zum Planen von Erdbewegungsoperationen unter Verwendung einer Terrainabbildung eines Aushubbereichs, und eines Baggers mit einem Werkzeug, das eine Schaufel, einen Stock und einen Ausleger aufweist, die in dieser Abfolge miteinander verbunden sind und durch Hydraulikzylinder be weglich betätigt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Unterteilen des Aushubbereichs in mehrere Aushubunterbe reiche;
(b) Bestimmen mindestens eines möglichen Orts der Schaufel zum Beginnen eines Aushubs für jeden Aushubunterbereich;
(c) Vorhersagen eines Aushubergebnisses eines jeden möglichen Orts;
(d) Bestimmen eines Qualitätsmaßes der vorhergesagten Aushu bergebnisse durch Bewerten mindestens eines Leistungsparame ters, zum Beispiel der zum Durchführen des Aushubs benötigten Energie; und
(e) Auswählen eines Startorts in Abhängigkeit von dem Quali tätsmaß der vorhergesagten Aushubergebnisse.

14. Verfahren zum Planen von Erdbewegungsoperationen unter Verwendung einer Terrainabbildung eines Aushubbereichs, und eines Baggers mit einem Werkzeug, das eine Schaufel, einen Stock und einen Ausleger aufweist, die in dieser Abfolge miteinander verbunden sind und durch Hydraulikzylinder be weglich betätigt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Unterteilen des Aushubbereichs in mehrere Aushubunterbe reiche;
(b) Bestimmen mindestens eines möglichen Orts der Schaufel zum Beginnen eines Aushubs für jeden Aushubunterbereich;
(c) Vorhersagen eines Aushubergebnisses eines jeden möglichen Orts unter Verwendung eins simulierten Modells einer Regelung zum Vorhersagen des Raumwegs des Werkzeugs während des Aushe bens aufgrund des Startorts und der Startausrichtung der Schaufel und aufgrund von Eigenschaften des auszuhebenden Materials;
(d) Bestimmen eines Qualitätsmaßes der vorhergesagten Aushu bergebnisse durch Bewerten mindestens eines Leistungsparame ters;
(e) Auswählen eines Startorts in Abhängigkeit von dem Quali tätsmaß der vorhergesagten Aushubergebnisse.

15. Vorrichtung zum Planen von Erdbewegungsoperationen unter Verwendung eines Werkzeugs einer Baggermaschine, wobei das Werkzeug einen Ausleger, einen Stock und eine Schaufel auf weist, wobei der Ausleger, der Stock und die Schaufel steuer bar durch mindestens jeweils einen Hydraulikzylinder betätig bar werden, gekennzeichnet durch:
eine Terrainabbildung eines Aushuborts, die in numeri scher Form vorliegt, und
einen Datenprozessor, der auf Information in der Terrain abbildung zugreift, den Aushubbereich unter Verwendung von Expertenheuristik in mehrere Aushubunterbereiche aufteilt, mindestens einen möglichen Ort zum Starten eines Aushubs für jeden Aushubunterbereich bestimmt, die Aushubergebnisse für jeden möglichen Ort vorhersagt, die Qualität der vorhergesag ten Aushubergebnisse durch Beurteilen mindestens eines Lei stungsparameters bestimmt und in Abhängigkeit von der Qualität der vorhergesagten Aushubergebnisse einen Startort auswählt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor weiter den Aushubbereich in einem zylindri schen Koordinatenrahmen in mehrere Aushubunterbereiche unter teilt und radiale Erstreckungen der Aushubunterbereiche auf grund kinematischer Einschränkungen der Baggermaschine be stimmt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor weiter jedem Aushubunterbereich nach der Reihenfolge, in dem der jeweilige Aushubunterbereich ausgeho ben werden soll, eine Abfolgenummer erteilt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor einen möglichen Startort der Schaufel zum Säubern des Bodens des Aushubbereichs bestimmt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor eine neue Position für den Bagger auswählt, bevor ein möglicher Startort für die Schaufel ausgewählt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor die Ausrichtung der Vorderkante der Schau fel bestimmt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor während des Aushebens aufgrund des Start orts und der Ausrichtung der Schaufel sowie Eigenschaften des auszuhebenden Materials unter Verwendung eines simulierten Modells einer Regelung den Raumweg des Werkzeugs bestimmt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor den Qualitätswert der vorhergesagten Aus hubergebnisse durch Bewerten der für die Durchführung des Aushubs benötigten Energie bestimmt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor den Qualitätswert der vorhergesagten Aus hubergebnisse durch Bewerten des in der Schaufel während des Aushebens aufgefangenen Materialvolumens bestimmt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor den Qualitätswert der vorhergesagten Aus hubergebnisse durch Bewerten der für das Durchmessen des vorhergesagten Raumwegs benötigten Zeit bestimmt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor die Anzahl der für das Säubern des Bodens des Aushubbereichs benötigten Schaufelaktionen bestimmt und die Entfernung berechnet, die zum neuen Positionieren des Baggers zum Erreichen von Material auf dem Boden und auf der Böschung des Aushubbereichs benötigt wird.

26. Vorrichtung zum Planen von Erdbewegungsoperationen unter Verwendung eines Werkzeugs einer Baggermaschine, wobei das Werkzeug einen Ausleger, einen Stock und eine Schaufel auf weist, wobei der Ausleger, der Stock und die Schaufel steuer bar durch mindestens jeweils einen Hydraulikzylinder betätig bar sind, gekennzeichnet durch:
eine Terrainabbildung eines Aushuborts, die in numeri scher Form vorliegt, und
einen Datenprozessor, der auf Information in der Terrain abbildung zugreift, den Aushubbereich in mehrere Aushubunter bereiche aufteilt, mindestens einen möglichen Ort zum Starten eines Aushubs für jeden Aushubunterbereich bestimmt, die Aushubergebnisse für jeden möglichen Ort aufgrund des Start orts und der Ausrichtung der Schaufel sowie von Eigenschafen des auszuhebenden Materials unter Verwendung eines simulierten Modells einer Regelung vorhersagt, die Qualität der vorher gesagten Aushubergebnisse durch Beurteilen mindestens eines Leistungsparameters bestimmt und in Abhängigkeit von der Qualität der vorhergesagten Aushubergebnisse einen Startort auswählt.

27. Vorrichtung zum Planen von Erdbewegungsoperationen unter Verwendung eines Werkzeugs einer Baggermaschine, wobei das Werkzeug einen Ausleger, einen Stock und eine Schaufel auf weist, wobei der Ausleger, der Stock und die Schaufel steuer bar durch mindestens jeweils einen Hydraulikzylinder betätig bar sind, gekennzeichnet durch:
eine Terrainabbildung eines Aushuborts, die in numeri scher Form vorliegt, und
einen Datenprozessor, der auf Information in der Terrain abbildung zugreift, den Aushubbereich in mehrere Aushubunter bereiche aufteilt, mindestens einen möglichen Ort zum Starten eines Aushubs für jeden Aushubunterbereich bestimmt, die Aushubergebnisse für jeden möglichen Ort aufgrund des Start orts und der Ausrichtung der Schaufel vorhersagt, die Qualität der vorhergesagten Aushubergebnisse durch Beurteilen minde stens eines Leistungsparameters, z. B. der zum Durchführen des Aushubs benötigten Energie, bestimmt und in Abhängigkeit von der Qualität der vorhergesagten Aushubergebnisse einen Start ort auswählt.