DE4342252C2 - Verfahren zum automatischen Regeln der von einem Bagger wiederholt durchzuführenden vorbestimmten Arbeit - Google Patents

Verfahren zum automatischen Regeln der von einem Bagger wiederholt durchzuführenden vorbestimmten Arbeit

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Regeln der von einem Bagger wiederholt durchzuführenden vorbestimmten Arbeit.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weist ein herkömmlicher Bagger einen an den Baggerkörper angekuppelten Ausleger 1, einen mit dem Ausleger 1 über einen Schwenkbolzen verbundenen Löffelstiel 2 und einen an den Löffelstiel angekuppelten Löffel 3 auf. Ferner ist ein Auslegerzylinder 4 zum Kuppeln des Auslegers 1 mit dem Baggerkörper vorgesehen und der Auslegerzylinder 4 weist einen Kolben 4′ zum Bewegen des Auslegers 1 auf. Ein Löffelstielzylinder 5 zum Kuppeln des Löffelstiels 2 mit dem Ausleger 1 ist ebenfalls vorgesehen und weist einen Kolben 5′ zum Bewegen des Löffelstiels 2 auf. Ferner ist ein Löffelzylinder 6 zwischen dem Löffelstiel 2 und dem Löffel 3 vorgesehen, wobei der Kolben 6′ des Löffelzylinders 6 mit einem Verbindungslenker 7′ verbunden ist, der in einem an einem Ende des Löffelstiels 2 vorgesehenen Bügel 7 abgestützt ist.
Der jedem Zylinder 4, 5 und 6 zugeführte Strömungsdruck wird von dem Hauptregelventil in dem Hydrauliksystem geregelt, wie dies aus dem Stand der Technik wohlbekannt ist.
Im allgemeinen wird der Baggerbetrieb durch Betätigung eines Steuerhebels ausgeführt, derart, daß die für das Bewegen des Auslegers 1, des Löffelstiels 2, und des Löffels 3 einschlägigen Ventile und das Schwenken des Baggerkörpers gesteuert werden können, um den Kolben jedes Zylinders soviel zu bewegen, wie die quantitative Verdrängung der an beiden Seiten jedes Zylinders 4, 5 und 6 vorhandenen Flüssigkeit (d. h. die Strömung des Betriebsöles) ist.
Aufgrund der verbesserten Betriebssicherheit der elektronischen Bauteile trotz deren niedrigen Preises und der Entwicklung der Technologie hinsichtlich unterschiedlicher Fühler wird die Begründung eines neuen Fachgebiets, der sogenannten Mechatronik, erleichtert, welche nun in der gesamten gewerblichen Maschinentechnik Anwendung findet.
Da diese Technologie bei Schwergeräten anwendbar ist, wurde versucht, die Anwendung der elektronischen Regelung bei Baggern, Kranen, Bulldozern, usw. in Form der Hydronik zu verallgemeinern, welche eine Kombination der Hydrodynamik und der Elektronik ist.
Obwohl der Bagger die populärste Vorrichtung ist, ist jedoch seine Bedienung verhältnismäßig schwieriger als die von anderen Vorrichtungen, was einen Mangel an Fachbedienungspersonal für Bagger zur Folge hat.
Daher ermöglicht die Anwendung von elektronischen Regelvorrichtungen für herkömmliche hydraulische Bagger durch die Verwendung von Mikroprozessoren, elektromagnetischen Proportionalventilen, einigen Arten von elektronischen Fühlern usw., daß der Bagger viel einfacher und schneller bedient werden kann, sogar auch, wenn er von einer weniger geschulten Bedienungsperson betätigt wird.
Mittlerweile besteht der Arbeitsvorgang, wenn die Bedienungsperson den Bagger z. B. zum Ausführen eines Grabenauswerfens betätigt, aus dem Herausgraben des Bodens und dessen Auswerfen außerhalb des Grabens und dem Zurückbewegen des Baggerkörpers in die Position, in der erneut gegraben wird, durch Betätigung von manuellen Betätigungsmitteln wie Steuerhebel und Pedal.
Solch eine einfache Wiederholungsarbeit, welche durch manuelle Betätigung kontinuierlich verrichtet wird, ist für die Bedienungsperson langweilig und uneffektiv. Um dieses Problem zu lösen, wurde der herkömmliche Bagger derart verbessert, daß bei ihm die oben erwähnte elektronische Regelvorrichtung angewendet wurde.
In einem solchen System führt die elektronische Regelvorrichtung die Erzeugung eines elektronischen Signals, das dem Betätigungsausmaß der manuellen Betätigungsmittel entspricht, die Umwandlung des elektronischen Signals in digitale Daten, das Speichern der digitalen Daten in einem Speichermittel und das Antreiben des Baggers zum wiederholten Ausführen von dessen Arbeitsvorgang entsprechend den gespeicherten Daten aus.
Jedoch weist die oben beschriebene Methode, wenn sie für eine Wiederholungsarbeit wie beim Ausgraben des Bodens eingesetzt wird, in der Praxis wenig an Wiederholungsvorgänge angepaßte Merkmale auf, da die Arbeitslast entsprechend der Härte des Bodens variiert.
Falls zum Beispiel der Boden zu dem Zeitpunkt, in dem die Bedienungsperson den Grabvorgang in einen Speicher einspeichert, sehr hart ist und später im Laufe der Wiederholungsarbeit der Boden verhältnismäßig weich ist, weicht die Einstellung der Gelenke zwischen dem Ausleger, dem Löffelstiel und dem Löffel von denen bei dem Anfangsarbeitsvorgang bedeutend ab, wodurch es schwierig ist, die Wiederholungsarbeit gleichmäßig auszuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die mit einem Bagger auszuführende Wiederholungsarbeit unter Verwendung einer Regelvorrichtung zu schaffen, das die Wiederholungsvorgänge unabhängig von der Härte des Bodens präzise ausführt und das die Arbeitsgeschwindigkeit unabhängig von der Qualifikation der Bedienperson steuert, um so die Wirksamkeit des Arbeitsvorgangs zu verbessern.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum automatischen Regeln von vorgeschriebenen, von dem Bagger wiederholt auszuführenden Arbeitsvorgängen gelöst, zu deren Durchführung der Bagger eine Betätigungsgruppe aufweist, die einen Ausleger, einen Löffelstiel und einen Löffel aufweist, die derart untereinander mittels Gelenken verbunden sind und von einem Pumpen, einen Motor und Zylinder aufweisenden Hydrauliksystem bewegt werden, daß mit dem Löffel die vorbestimmte Arbeit durchgeführt werden kann, wobei das Verfahren auf diese betreffenden gespeicherten Daten beruht und in welchem bestimmt wird, ob eine Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) "wahr" repräsentiert, und andernfalls eine Abtastzeit zum Speichern der Daten akkumuliert wird; ein erster Zielwinkel (ta[ ]) für jedes Gelenk des Baggers berechnet wird, die akkumulierte Abtastzeit mit einer vorbestimmten Zeit (ft), welche für das Bewegen der Gelenke in eine Startposition der Wiederholungsarbeit voraussichtlich notwendig ist, verglichen wird und, falls die akkumulierte Abtastzeit die erwartete Zeit (ft) überschreitet, auf diese begrenzt wird; falls bestimmt wird, daß die Gelenke die Startposition erreicht haben, die Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) auf "wahr" gesetzt wird, eine Positionsvariable initialisiert wird und ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der Ausführungsgeschwindigkeit, die aus den Daten ermittelt wird, die beim Speichern des vorbestimmten Arbeitsvorgangs gespeichert wurden, und der Wiederholungsarbeit bestimmt wird; falls die Wiederholungsvariable (go_pb) auf "wahr" gesetzt worden ist, ein zweiter Zielwinkel für die Gelenke bestimmt wird, nachdem das Geschwindigkeitsverhältnis entsprechend einer Folgekennlinie bestimmt und, wenn es wegen der Bodenhärte schwierig ist, der gespeicherten Position der Gelenke zu folgen, geregelt wurde; der erste Zielwinkel, falls die Gelenke die Startposition für die Wiederholungsarbeit nicht erreicht haben, oder der zweite Zielwinkel, falls dieser bestimmt wurde, in die die Gelenke betreffenden Positionsdaten für jeden der Zylinder transformiert wird; eine mögliche Ablaßströmungsmenge der Pumpen unter Berücksichtigung der Zielgeschwindigkeit und des Förderdruckes der Pumpen sowie der Drehzahl des Motors berechnet wird, nachdem eine erforderliche Zielgeschwindigkeit für jeden Zylinder errechnet wurde, und die erforderliche Zielgeschwindigkeit jedes der Zylinder derart korrigiert wird, daß sie um eine konstante Rate verringert wird, falls die ablaßbare Strömungsmenge der Pumpen nicht ausreicht, um die Zylinder mit der Zielgeschwindigkeit zu bewegen, und vorbestimmte elektrische Signale erzeugt werden, welche den berechneten Daten für die erwartete Position entsprechen, welche jeder der Zylinder erreichen muß.
Ferner verwendet das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Wiederholungsarbeit verrichtet wird, die Positionsregelung, welche auf den gespeicherten Daten jedes Gelenks der Betätigungsmittel beruht. Dadurch ist jedes Gelenk dazu fähig, seine gewünschte Position unabhängig von der Härte des Bodens aufrechtzuerhalten.
Ferner ist das Verfahren dazu fähig, da der Betriebsmodus gleichzeitig mit dem Speichern der Daten für den vorbestimmten Arbeitsvorgang gespeichert werden kann, ihn mit dem Betriebsmodus während des Durchführens der Wiederholungsarbeit zu vergleichen und die Ausführungsgeschwindigkeit der Wiederholungsarbeit kann von der Bedienungsperson, wie gewünscht, gesteuert werden.
Die oben beschriebenen und andere Vorteile der Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in welcher
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm zeigt, das die Konfiguration eines Regelsystems zum Ausführen der Erfindung darstellt, welches in einem Hauptbauteil des Baggers eingebaut ist;
Fig. 2 ein Flußdiagramm zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren erläutert; und
Fig. 3 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Baggers zeigt.
In Fig. 1 ist ein Regelsystem zum Ausführen der Erfindung gezeigt, welches in dem Hauptbauteil des Baggers eingebaut ist.
Die dargestellten Hauptteile des Baggers sind eine Betätigungsgruppe wie ein Auslegerzylinder 4, ein Löffelstielzylinder 5, ein Löffelzylinder 6, ein Drehmotor 8, ein Linksantriebsmotor 9 und ein Rechtsantriebsmotor 10. Zusätzlich bezeichnen die Bezugszeichen 11 und 12 einen Motor bzw. zugeordnete Pumpen. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Hauptsteuerventil zum Steuern des der Betätigungsgruppe zugeleiteten Flüssigkeitsdruckes und die Bezugszeichen 14a und 14b bezeichnen elektromagnetische Proportionalventile, welche von elektrischen Signalen gesteuert werden, welche von dem weiter unten beschriebenen Regelsystem erzeugt wird.
Ferner weisen die Pumpen 12 zwei Hauptpumpen 12a und 12b zum Erzeugen von Flüssigkeitsdrücken und eine Hilfspumpe 12c zum Erzeugen des Vorsteuerdruckes auf, und die Hauptsteuerventile 15 weisen eine Mehrzahl von Steuerventilen auf, deren Anzahl der Anzahl der Bauteile der Betätigungsgruppe entspricht. Ähnlich entspricht die Anzahl der elektromagnetischen Proportionalventile 14a und 14b der Anzahl der Pumpen und der Hauptsteuerventile 15.
Da die oben beschriebenen Bauteile des Baggers auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, wird eine detaillierte Erläuterung der Konstruktion des Baggers weggelassen.
Das die Erfindung verwirklichende Regelsystem weist eine Bedienungstafel 100, die ein Dateneingabe- und -speichermittel und ein Anzeigemittel zum Kommunizieren mit der Bedienungsperson aufweist; eine Regeleinheit 200 zum Durchführen des Regelbetriebs; und Gelenkfühler 300 zum Abtasten der Einstellung jedes Gelenks des Baggers auf.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Regeleinheit 200 einen Hauptprozessor 202, der mit der Bedienungstafel 100 über einen örtlichen Bus 203 und mit dem Innensystembus 201 verbunden ist, AnalogDigital-Umwandler (A/D) 204a und 204b zum Umsetzen der von dem (die manuellen Betätigungsmittel wie Hebel oder Pedal enthaltenden) manuellen Betätigungsbereich 13 und der Gelenkfühler 300 erzeugten elektrischen Signale in adäquate digitale Daten, welche von dem Hauptprozessor 202 zu verarbeiten sind, Digital-Analog-Umwandler (D/A) 205a und 205b zum Umsetzen der von dem Hauptprozessor 202 über den Systembus 201 erzeugten digitalen Daten in adäquate analoge Spannungspegelsignale, und Verstärker 206a und 206b zum Erzeugen der Antriebssignale für die elektromagnetischen Proportionalventile 14a bzw. 14b auf.
Wenn die Bedienungsperson eine Instruktion für den automatischen Betrieb der Wiederholungsarbeit über die Tastatur in der Bedienungstafel 100 eingibt, wird diese Instruktion über den örtlichen Bus 203 an den Hauptprozessor 202 übertragen. Danach liest der Hauptprozessor 202 die Positionsdaten jedes Gelenks des Baggers von den Gelenkfühlern 300 über den A/D-Umwandler 204b ein und speichert sie zusammen mit dem Betriebsmodus in dem Datenspeichermittel in der Bedienungstafel 100.
Der Betriebsmodus wird dabei dadurch bestimmt, daß die Bedienungsperson eine adäquate Taste in der Tastatur entsprechend dem Arbeitsbelastungsgrad auswählt.
Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn die Bedienungsperson die manuellen Betätigungsmittel in dem Block 13 betätigt, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Betätigungsgruppe, d. h. jedes der Zylinder 4, 5, 6 und der Motoren 8, 9, 10 zu steuern, das dem Ausmaß der Betätigung entsprechende elektrische Signal von dem A/D-Umwandler 204a in digitale Daten umgesetzt und in den Hauptprozessor 202 übertragen.
Dementsprechend empfängt der Hauptprozessor 202 digitale Daten bezüglich des Ausmaßes der manuellen Betätigungen und rechnet jeweils einen Geschwindigkeitsrichtwert für jedes Betätigungsmittel aus, und erzeugt dann digitale Ausgangssignale, welche für die Geschwindigkeitsrichtwerte repräsentativ sind.
Die digitalen Ausgangssignale von dem Hauptprozessor 202 werden von dem D/A-Umwandler 205a und 205b in analoge Spannungspegelsignale umgesetzt und dann den Verstärkern 206a und 206b zugeführt, um den Pegel der digitalen Ausgangssignale zu erhöhen und diese in entsprechende Stromsignale umzusetzen.
Die Ausgangsstromsignale von jedem Verstärker 206a und 206b werden den elektromagnetischen Proportionalventilen 14a bzw. 14b zum Steuern der Pumpen 12 und der Hauptsteuerventile 15 zugeführt. Dementsprechend erzeugen die ersten elektromagnetischen Proportionalventile 14a Vorsteuerdrücke in Antwort auf die Eingangsstromsignale und die Vorsteuerdrücke werden jeder in jeder Pumpe 12a bis 12c vorgesehenen (nicht gezeigten) Taumelscheibe zugeführt, um zu ermöglichen, daß der Einstellungsgrad jeder Taumelscheibe genau eingestellt wird und dabei ermöglicht wird, daß jede Pumpe eine Ausflußrate entsprechend dem zugehörigen Vorspannungsgrad der Taumelscheiben aufweist.
Ähnlich erzeugen die zweiten elektromagnetischen Proportionalventile 14b vorsteuerdrücke in Antwort auf die Eingangsstromsignale und die vorsteuerdrücke werden den in den Hauptsteuerventilen 15 vorgesehenen (nicht gezeigten) Steuerventilen zugeführt, um zu ermöglichen, daß der Hub jedes Steuerventils genau eingestellt wird und dabei ermöglicht wird, daß jedes Ventil eine Durchflußrate aufweist, die zum Antreiben der Betätigungsgruppe geeignet ist.
Bevorzugt zeigt die Bedienungstafel 100 die Zeit kontinuierlich an, während der die auf den Arbeitsvorgang bezogenen Daten gespeichert werden können, wobei die Kapazität des Speichermittels in der Bedienungstafel 100 berücksichtigt wird, wenn die für die Position jedes Gelenks repräsentativen Daten in das Speichermittel in jedem vorbestimmten Zeitintervall eingespeichert werden.
Falls das Speichern der Arbeitsdaten vollendet ist, veranlaßt die Bedienungsperson über die Tastatur, daß der Speichervorgang abgeschlossen ist.
Nach Vollendung der Datenspeicherung entsprechend der Arbeitsweise des Baggers kann, wie oben beschrieben, die Wiederholung des Arbeitsvorganges derart durchgeführt werden, daß die Bedienungsperson veranlaßt, daß jedes Gelenk soviel bewegt wird, daß der Löffel in eine Position verstellt wird, in welcher die Wiederholungsarbeit gestartet werden muß, und erteilt dann einen Befehl zum Starten der Wiederholungsarbeit über die Tastatur der Bedienungstafel 100.
Wenn der Startbefehl für die Wiederholungsarbeit von der Bedienungstafel 100 erzeugt wird, liest die Regeleinheit 200 die in dem Speichermittel der Bedienungstafel 100 gespeicherten Daten aus und führt dementsprechend den vorbestimmten Regelvorgang aus.
Dabei wird es bevorzugt, daß vor Erteilung des Befehls eine zusätzliche Kontrolle derart durchgeführt wird, daß die aktuelle Position jedes Gelenks und die Startposition für die Wiederholungsarbeit mit Hilfe des Bildschirms in der Bedienungstafel 100 für die Bedienungsperson angezeigt werden, um die genaue Startposition zu bestimmen.
Falls die Abweichungsfehler zwischen der aktuellen Position der Gelenke und der Startposition der Arbeit innerhalb von plus oder minus 3 Grad liegen, fordert das Steuersystem über die Bedienungstafel 100 die Bedienungsperson auf, den Startbefehl für die Wiederholungsarbeit zu erteilen.
Wenn der Befehl erteilt ist, wird der Vorgang für die Wiederholungsarbeit entsprechend der Regelung durch die Regeleinheit 200 automatisch durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird jedes Gelenk zum Bewegen in die Startposition gesteuert und, falls festgestellt wird, daß die letzte aktuelle Position der Gelenke mit der vorbestimmten Startposition annähernd übereinstimmt, liest der Hauptprozessor 202 der Regeleinheit 200 die Daten für die Position der Gelenke und des Betriebsmodus aus dem Speichermittel aus und berechnet die Geschwindigkeit, welche für die Bewegung der Gelenke in die Startposition erforderlich ist.
Im folgenden wird beschrieben, wie der Vorgang der Wiederholungsarbeit automatisch zu regeln ist, nachdem die Gelenke in die Startposition bewegt worden sind.
Als Ganzes ist der Regelvorgang der Regeleinheit 200 in zwei Teile aufgeteilt, von denen der erste eine Mehrzahl von in Fig. 2 mit S1 bis S7 bezeichneten Schritten zum Bewegen der Gelenke aus der aktuellen Position in die Startposition aufweist, und der zweite Teil eine Mehrzahl von Schritten zum Fortführen des Vorganges mit der gespeicherten Position, als nachgeschaltete Schritte S8 bis S17 aufweist.
Zuerst liest, wenn der Befehl zum initialisieren der automatischen Wiederholungsarbeit von der Regeleinheit 200 über die Tastatur der Bedienungstafel 100 empfangen wird, der Hauptprozessor 202 den Datenwert der in dem Speichermittel der Bedienungstafel 100 gespeicherten Wiederholungs­ initialvariablen aus, und bestimmt, ob der Wert "wahr" repräsentiert (Schritt 1; S1).
Dabei bedeutet die Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) einen Wert, der ermöglicht, daß der Vorgang für die Wiederholungsarbeit den gespeicherten Daten bezüglich der Positionierung der Gelenke folgt, wobei der Wert ursprünglich auf "falsch" eingestellt ist und wird auf wahr eingestellt, wenn die aktuelle Position der Startposition entspricht.
Falls die Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) auf "falsch" eingestellt ist, wird die ursprünglich auf Null (0) eingestellte Zeitvariable (t) in jeder vorbestimmten Zeitperiode akkumuliert, d. h. in jeder Abtastzeitdauer, in welcher die von den Gelenkfühlern 300 erzeugten Positionierungssignale jedes Gelenks abgetastet werden (Schritt 2; S2).
Danach wird der Zielpositionswinkel (ta[ ]) jedes Gelenks berechnet (Schritt 3; S3).
Dabei ist der Zielwinkel (ta[ ]) eine Funktion des Winkels (sa[ ]) jedes Gelenks in dem Startmoment der Wiederholungsarbeit, des Winkels (fa[ ]) jedes Gelenks in dem Startmoment des Speichervorganges für die Wiederholungsarbeit, der in der vorbestimmten Zeitperiode akkumulierten Zeit (t) und der erwarteten Zeit (ft), welche für jedes Gelenk erforderlich ist, um aus der aktuellen Position in die Startposition bewegt zu werden. Die Gleichung für die Zielwinkel (ta[ ]) jedes Gelenks ist:
ta[i] = sa[i] + 3(fa[i]-sa[i]) (t/ft)² - 2(fa[i]-sa[i]) (t/ft)³ (1)
wobei i eine ganze Zahl zum Unterscheiden der Gelenke ist.
Im Schritt 4 (S4) wird die akkumulierte Zeit (t), falls die in jeder vorbestimmten Zeitperiode (z. B. 20 msec.) akkumulierte Zeit (t) die voreingestellte erwartete Zeit (ft) überschreitet, auf die voreingestellte Zeit (ft) fest eingestellt.
Im nächsten Schritt 5 (S5) wird bestimmt, ob alle Gelenke die Startposition erreicht oder nicht erreicht haben.
Falls festgestellt wird, daß alle Gelenke die Startposition erreicht haben, wird die oben genannte Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) auf "wahr" gestellt (Schritt 6; S6).
Danach wird die Positionierungsvariable (ang_posi [ ] [ ]), welche für die Position jedes Gelenks repräsentativ ist, bestimmt und die Positionsdaten jedes Gelenks werden aus dem Speichermittel in der Bedienungstafel ausgelesen (Schritt 7; S7).
Dabei soll die Positionierungsvariable (ang_posi [ ] [ ]), z. B. für die vorangehenden Positionsdaten jedes Gelenks auf ang_posi [i] [0] und für die aktuell eingelesenen Positionsdaten aufang_posi [i] [i] eingestellt werden.
Nach dem Auslesen der Positionsdaten jedes Gelenks wird der Betriebsmodus in der Zeit der Datenspeicherung mit dem für die Wiederholungsarbeit verglichen und eine Geschwindigkeitsrate (tp_ratio) zwischen der Geschwindigkeit der Arbeit zu der Zeit der Datenspeicherung und der Geschwindigkeit, mit der die Wiederholungsarbeit ausgeführt werden muß, erhalten (Schritt 8; S8).
Dabei variiert die Geschwindigkeitsrate (tp_ratio) in Abhängigkeit von den Merkmalen des Baggers. Falls z. B. die Betriebsart zur Zeit der Datenspeicherung unter leichtem Baggermodus ausgeführt wird, würde die von den Pumpen 12a und 12b unter konstantem Druck (z. B. 100 bar) ausgepumpte Strömungsmenge 100 betragen, und falls die Betriebsart zur Zeit der Wiederholungsarbeit unter schwerem Baggermodus ausgeführt wird, würde die Strömungsmenge 200 betragen. In diesem Falle beträgt die Geschwindigkeitsrate (tp_ratio) 2 (200/100), was bedeutet, daß die Wiederholungsarbeit zweifach schneller als die Arbeit ausgeführt werden kann, welche zur Zeit der Datenspeicherung verrichtet wurde.
Falls die Strömungsversorgung der Pumpen zum Erreichen der erforderlichen Zielposition wegen der Schwankung des Belastungsdruckes nicht ausreichend ist, wird die oben angegebene Geschwindigkeitsrate (tp_ratio) auf ihre Minimalrate verringert und gegebenenfalls, falls der Position schwierig zu folgen ist, wird die Geschwindigkeitsrate (tp_ratio) auf Null (0) gestellt, um die erforderliche Zielposition unverändert zu lassen (Schritt 9; S9).
Der darauffolgende Schritt S10 stellt einen Bestimmungsvorgang zum Positionieren jedes Gelenks in die Zielposition dar, die detaillierte Erläuterung dieses Schrittes ist wie folgt:
Zuerst werden die Daten bezüglich der Geschwindigkeitsrate (tp_ratio), welche in Schritt 9 erhalten werden, derart behandelt, daß sie durch ein digitales Filtermittel hindurchgeführt werden, um eine plötzliche Änderung der Daten zu verhindern. Die durch das digitale Filter hindurchgeführten Geschwindigkeitsrate-Daten werden zu einer Variablen akkumuliert, welche ursprünglich auf Null (0) eingestellt ist und die folgende Formel aufweist:
num = Digital_Filter (tp_ratio) (2)
Ferner hat die ursprünglich auf Null eingestellte, positive Ganzzahlvariable N_prev den Datenwert der positiven Ganzzahlvariablen N, welche die folgende Formel aufweist:
N_prev = N (3)
Dabei werden der Dezimalteil des Wertes der Variablen num durch eine vorbestimmte Variable m und der Ganzzahlteil desselben durch die Variable m ersetzt. Falls der Wert der Variablen N größer als der der Variablen N_prev ist, werden die die Position der Gelenke betreffenden gespeicherten Daten und der Betriebsmodus aus dem Speichermittel in der Bedienungstafel 100 ausgelesen, um die Daten der Variablen ang_posi [i] [0] durch die Daten der Variablen ang_posi [i] [1] zu ersetzen und die neugelesenen Daten in die Variable ang_posi [i] [1] zu speichern.
Dies bedeutet, daß die Variable ang_posi [i] [0] die Positionsdaten jedes Gelenks aufweist, welche vorangehend eingelesen wurden und in die Variable ang_posi [i] [1] die aktuell gelesenen Positionsdaten aus dem Speichermittel aufgenommen werden. Dabei bedeutet, wie bereits erwähnt, i eine ganze Zahl zum Unterscheiden der Gelenke.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein zweiter Zielpositionswinkel (ta[ ]) jedes Gelenks berechnet. Dabei ist der Zielwinkel (ta[ ]) eine Funktion der Variablen ang_posi [i] [0], der Variablen ang_posi [i] [1], und der Variablen m. Die Gleichung für den zweiten Zielwinkel (ta[ ]) jedes Gelenks ist:
ta [i] = (1-m) × ang_posi [i] [0] + m × ang_posi [i] [1] (4)
wobei i eine ganze Zahl zum Unterscheiden der Gelenke ist.
Die oben angegebene Gleichung (4) bedeutet, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Wiederholungsarbeit von der des Speicherns der gewünschten Arbeit durch Kontrollieren der Zeit und der Position der Gelenke entsprechend der Geschwindigkeitsrate (tp_ratio) unabhängig von den Positionsdaten differenziert werden kann, welche aus dem Speichermittel pro vorbestimmte Zeitperiode ausgelesen werden.
Nach Vollendung des oben beschriebenen Positioniervorganges jedes Gelenks wird der nächste Schritte S11 durchgeführt, um den Zielwinkel der Gelenke des Auslegers, des Löffelstiels und des Löffels in die gewünschte Position jedes Zylinders umzusetzen.
Der Umsetzungsvorgang bezüglich jedes Gelenks ist durch die folgenden Gleichungen repräsentiert:
  • A. Für das Verhältnis zwischen dem Gelenkwinkel (θ₁) des Auslegers 1 nach Fig. 1 und der Länge (Dbm) des Auslegerzylinders 4: Dbm = [(LEN_AB)2 + (LEN_AC)² - 2 × LEN_AB × LEN_AC × cos(ANG_CAE + ANG_BAX3 + θ₁]½ (5)
  • B. Für das Verhältnis zwischen dem Gelenkwinkel (θ₂) des Löffelstiels 2 nach Fig. 1 und der Länge (Dd) des Löffelstielzylinders 5: Dd = [(LEN_DE)² + (LEN_EF)² - 2 × LEN_ED × LEN_EF × cos (ANG_ALPHA7 - θ₁]½ (6)
  • C. Für das Verhältnis zwischen dem Gelenkwinkel (θ₃) des Löffels 3 nach Fig. 1 und der Länge (Dbk) des Löffelzylinders 6: α = π - (θ₃ + ANG_LJK + ANG_HJK);
wenn θ₃ BK_ALGO_CHG_ANG (7)
= π + ANG_LJK + ANG_HJK + θ₃;
wenn θ₃ < BK_ALGO_CHG_ANG (8)
c6 = [(LEN_JK)² + (LEN_HJ)² - 2 × LEN_JK × LEN_HJ × cos(α)]½ (9)
ψ = a cos {(c6)² + (LEN_HI)² - (LEN_IK)²} / 2 × LEN_HI × c6 (10)
β = a cos {(LEN_HJ)² + (c6)² - (LEN_JK)²} / 2 × LEN_HJ × c6 (11)
Φ = ANG_GHJ - ψ - β; wenn θ₃ BK_ALGO_CHG_ANG (12)
= ANG_GHJ - ψ + β; wenn θ₃ < BK_ALGO_CHG_ANG (13)
Dbk = [(LEN_GH)² + (LEN_HI)² - 2 × LEN_GH × LEN_HI × cos(Φ)]½ (14)
In den oben angegebenen Gleichungen (7) bis (14) repräsentiert LEN_AB z. B. den linearen Abstand zwischen einem Gelenk A und einem Gelenk B. Ähnlich repräsentiert ANG_ABC den Winkel zwischen einer Linie AB und einer Linie BC, und BK_ALGO_CHG_ANG repräsentiert den Gelenkwinkel des Löffels 3, der die Gleichung abändert, und ANG_ALPHA7 repräsentiert
π - ANG_JEF - ANG_CED - ANG_BEC.
Nach Vollendung des oben beschriebenen Umsetzungsvorganges wird der Vorgang zum Erzielen der erforderlichen Zielgeschwindigkeit jedes Zylinders zum Antreiben jedes Gelenks im Schritt 12 durchgeführt.
Darauf folgend wird im Schritt 13 eine mögliche Ablaßströmungsmenge der Pumpen unter Berücksichtigung der berechneten Zielgeschwindigkeit für jeden Zylinder, des von einem Druckfühler abgetasteten Förderdruckes der Pumpen und der von einem Geschwindigkeitsfühler abgetasteten Umlaufrate des Motors berechnet.
Falls die berechnete ablaßbare Strömungsmenge die erforderliche Zielgeschwindigkeit der Zylinder nicht sicherstellt, wird die Zielgeschwindigkeit der Zylinder jeweils um eine konstante Rate verringert. Dies bedeutet, daß die Zielgeschwindigkeit jedes Zylinders, falls erforderlich, korrigiert wird (Schritt 14).
Danach wird im Schritt 15 die voraussichtliche Position berechnet, in welche jeder der Zylinder bewegt werden muß.
Schließlich werden elektrische Signale, welche den berechneten Daten bezüglich der erwarteten Position entsprechen, in welche jeder Zylinder bewegt werden muß, den elektromagnetischen Proportionalventilen 14a und 14b zugeführt, so daß die Zylinder unter Berücksichtigung der erwarteten Zielposition jedes Zylinders wie auch des in dem vorangehenden Abtastvorganges (Schritte 16 und 17) aufgetretenen Positionsfehlers in die gewünschte Position bewegt wird.
Wie in der vorangehenden Beschreibung erläutert, wird in dem erfindungsgemäßen Regelverfahren, wenn die Wiederholungsarbeit durchgeführt wird, eine Positionsregelung angewendet, welche auf den gespeicherten Positionsdaten jedes Gelenks der Betätigungsmittel beruht. Dabei ist es möglich, daß jedes Gelenk seine gewünschte Position unabhängig von der Härte des Bodens aufrechterhält.
Ferner ist das Verfahren dazu fähig, da der Betriebsmodus gleichzeitig mit dem Speichern der Daten für den vorbestimmten Arbeitsvorgang gespeichert werden kann, ihn mit dem Betriebsmodus während des Durchführens der Wiederholungsarbeit zu vergleichen und die Ausführungsgeschwindigkeit der Wiederholungsarbeit kann von der Bedienungsperson, wie gewünscht, gesteuert werden. Dies bedeutet, daß die Wiederholungsarbeit mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, auch wenn der Vorgang der vorbestimmten Arbeit mit geringer Geschwindigkeit von einer nichtgeschulten Bedienungsperson eingespeichert wird, wodurch die Arbeitswirksamkeit des Baggers verbessert wird.

Claims (1)

  1. Verfahren zum automatischen Regeln der von einem Bagger wiederholt durchzuführenden vorbestimmten Arbeit, zu deren Durchführung der Bagger eine Betätigungsgruppe aufweist, die einen Ausleger (1), einen Löffelstiel (2) und einen Löffel (3) aufweist, die derart untereinander mittels Gelenken (A, E, J) verbunden sind und von einem Pumpen (12), einen Motor (11) und Zylinder (4, 5, 6) aufweisenden Hydrauliksystem bewegt werden, daß mit dem Löffel die vorbestimmte Arbeit durchgeführt werden kann, wobei das Verfahren auf diese betreffenden gespeicherten Daten beruht und in welchem
    bestimmt wird, ob eine Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) "wahr" repräsentiert, und andernfalls eine Abtastzeit zum Speichern der Daten akkumuliert wird;
    ein erster Zielwinkel (ta[ ]) für jedes Gelenk des Baggers berechnet wird, die akkumulierte Abtastzeit mit einer vorbestimmten Zeit (ft), welche für das Bewegen der Gelenke in eine Startposition der Wiederholungsarbeit voraussichtlich notwendig ist, verglichen wird und, falls die akkumulierte Abtastzeit die erwartete Zeit (ft) überschreitet, auf diese begrenzt wird;
    falls bestimmt wird, daß die Gelenke die Startposition erreicht haben, die Wiederholungs-Initialvariable (go_pb) auf "wahr" gesetzt wird, eine Positionsvariable initialisiert wird und ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der Ausführungsgeschwindigkeit, die aus den Daten ermittelt wird, die beim Speichern des vorbestimmten Arbeitsvorgangs gespeichert wurden, und der Wiederholungsarbeit bestimmt wird;
    falls die Wiederholungsvariable (go_pb) auf "wahr" gesetzt worden ist, ein zweiter Zielwinkel für die Gelenke bestimmt wird, nachdem das Geschwindigkeitsverhältnis entsprechend einer Folgekennlinie bestimmt und, wenn es wegen der Bodenhärte schwierig ist, der gespeicherten Position der Gelenke zu folgen, geregelt wurde;
    der erste Zielwinkel, falls die Gelenke die Startposition für die Wiederholungsarbeit nicht erreicht haben, oder der zweite Zielwinkel, falls dieser bestimmt wurde, in die die Gelenke betreffenden Positionsdaten für jeden der Zylinder transformiert wird;
    eine mögliche Ablaßströmungsmenge der Pumpen unter Berücksichtigung der Zielgeschwindigkeit und des Förderdruckes der Pumpen sowie der Drehzahl des Motors berechnet wird, nachdem eine erforderliche Zielgeschwindigkeit für jeden Zylinder errechnet wurde, und
    die erforderliche Zielgeschwindigkeit jedes der Zylinder derart korrigiert wird, daß sie um eine konstante Rate verringert wird, falls die ablaßbare Strömungsmenge der Pumpen nicht ausreicht, um die Zylinder mit der Zielgeschwindigkeit zu bewegen, und vorbestimmte elektrische Signale erzeugt werden, welche den berechneten Daten für die erwartete Position entsprechen, welche jeder der Zylinder erreichen muß.
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