DE68918464T2

DE68918464T2 - Automatisches baggersteuersystem.

Info

Publication number: DE68918464T2
Application number: DE68918464T
Authority: DE
Inventors: William Sahm
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1989-08-17
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2009-10-27
Also published as: JP2793360B2; CA2020234C; BR8907900A; AU4529689A; EP0486491A1; WO1991002853A1; CA2020234A1; JPH04507271A; EP0486491B1; DE68918464D1; US5065326A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des Baggerns und insbesondere auf ein Steuersystem und ein Verfahren, die den Baggerarbeitszyklus einer Baggermaschine automatisieren.
Arbeitsfahrzeuge, wie beispielsweise Bagger, Hecktieflöffelbagger, Frontschaufelbagger und ähnliche werden für Baggerarbeiten verwendet. Diese Baggermaschinen besitzen Arbeitswerkzeuge, die aus Ausleger-, Stiel- und Löffelgliedern bestehen. Der Ausleger ist an einem Ende schwenkbar an der Baggermaschine befestigt, und an seinem anderen Ende ist ein Stiel schwenkbar befestigt. Der Löffel ist schwenkbar an dem freien Ende des Stiels befestigt. Jedes Arbeitswerkzeugglied wird steuerbar betätigt durch mindestens einen hydraulischen Zylinder zur Bewegung in einer vertikalen Ebene. Zusätzlich ist das Arbeitswerkzeug quer oder transversal bewegbar relativ zu der Maschine. Eine Bedienungsperson betätigt typischerweise das Arbeitswerkzeug, um eine Abfolge von bestimmten Funktionen durchzuführen, die einen vollständigen Baggerarbeitszyklus bilden.
Bei einem typischen Arbeitszyklus positioniert die Bedienungsperson zuerst das Arbeitswerkzeug an einer Grabenstelle und fährt das Arbeitswerkzeug nach unten aus, bis der Löffel in den Boden eindringt. Dann führt die Bedienungsperson einen Baggerhub oder Baggerstreich bzw. eine Baggerbewegung aus, die den Löffel zu der Baggermaschine hin bringt, bis der Stiel nahezu vollständig zurückgezogen ist. Die Bedienungsperson dreht nachfolgend den Löffel ein, um die Erde aufzunehmen. Um die aufgenommene Ladung abzuladen, hebt die Bedienungsperson das Arbeitswerkzeug, schwingt es quer zu einer vorgegebenen Abladestelle und gibt die Erde frei durch Ausfahren des Stiels und durch Ausdrehen des Löffels. Das Arbeitswerkzeug wird dann zur Grabenstelle zurückgebracht, um den Arbeitszyklus wiederum zu beginnen. In der folgenden Diskussion werden die oben genannten Vorgänge jeweils folgendermaßen bezeichnet: Ausleger-Hinunter-In-Den- Graben, Grab-Hub, Ladung-Aufnehmen, Schwingen-Zum- Abladen, Ladung-Abladen, und Zurück-Zum-Graben.
Die Erdbewegungsindustrie besitzt einen steigenden Bedarf, den Arbeitszyklus einer Baggermaschine zu automatisieren, und zwar aus mehreren Gründen. Anders als eine menschliche Bedienungsperson, bleibt eine automatisierte Baggermaschine gleichbleibend produktiv ungeachtet der Umweltbedingungen und langer Arbeitszeit. Die automatisierte Baggermaschine ist ideal für Anwendungen, wo die Bedingungen gefährlich und ungeeignet für Menschen sind. Eine automatisierte Maschine ermöglicht auch genaueres Graben, beispielsweise bezüglich der Grabentiefe und der Grabenbodenneigung, sowie eine verbesserte Fähigkeit, das Graben auf ein vorbestimmtes dreidimensionales Gebiet zu beschränken, um das Zerstören von Versorgungsleitungen oder Rohren zu vermeiden.
Neuere Entwicklungen haben eine Anzahl von Maschinen hervorgebracht, die in der Lage sind, nur eine oder zwei Funktionen des Baggerarbeitszyklus zu automatisieren. Ein solches Beispiel ist beschrieben im US-Patent 4 377 043, ausgegeben an Inui et al. am 22. März 1983. Es zeigt einen Motorbagger (power shovel), der in der Lage ist, einen Löffel in eine ursprüngliche Ausgangsposition zurückzubringen, nachdem die Bedienungsperson die Ladung manuell ablädt. Inui's System automatisiert nicht die folgenden Teile des Arbeitszyklus: Grab-Hub, Ladung- Aufnehmen, Schwingen- Zum-Abladen, Ladung-Abladen und Zurück-Zum-Graben.
Um Erde effizient auszugraben und zu entfernen, ist es wünschenswert, beim Graben einen aufgehäuften Löffel zu erhalten. Die Bedienungsperson muß aggressiv graben und die Erde aufladen und doch gleichzeitig vermeiden, das hydraulische Betätigungssystem der Maschine zu überlasten oder "abzuwürgen". Erfahrene Bedienungspersonen sehen ein Überlasten vorher durch "Hören" auf das Hydrauliksystem, das ein bestimmtes Geräusch abgibt, wenn es überlastet ist. Jedoch ist dieses Verfahren unzuverlässig geworden mit den ruhigeren heutigen Hydrauliksystemen. Eine automatisierte Baggermaschine kann das Überlasten vorhersehen durch Abfühlen von Kräften, die auf das Arbeitswerkzeug ausgeübt werden, und sie kann Schritte ergreifen, um die Überlast zu erleichtern und ein "Abwürgen" zu verhindern.
Eine Baggersteuervorrichtung, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-9453 beschrieben und am 24. März 1986 veröffentlicht wurde, sieht das Detektieren und Erleichtern von Überlastbedingungen vor, die während Baggerns auftreten. Sobald eine Überlast an dem Arbeitswerkzeug detektiert wird, versucht die Steuervorrichtung, diese zu erleichtern durch Anheben des Auslegers für eine festgelegte Zeitperiode. Dieses Schema erleichtert nicht alle möglichen Überlastbedingungen, die während des Baggerns auftreten. Wenn beispielsweise der Löffel unter einem Hindernis eingefangen wird, verschlimmert das Anheben des Auslegers das Problem. Da die Arbeitswerkzeugkräfte zu dieser Zeit nicht überwacht werden, wird die vergrößerte Kraft auf das feststeckende Arbeitswerkzeug nicht detektiert und das Auslegerzylinderhydrauliksystem kann infolgedessen "abgewürgt" werden. Diese Steuervorrichtung führt nur die folgenden Funktionen des Arbeitszyklus aus: Grab-Hub und Ladung- Aufnehmen.
US-A-4 288 196 zeigt einen automatisch gesteuerten Hecktieflöffelbagger mit Positionsüberwachung.
Die vorliegende Erfindung automatisiert den Arbeitszyklus einer Baggermaschine und ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem vorgesehen zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs auf einer Baggermaschine über einen gesamten Maschinenarbeitszyklus hinweg, wobei das Arbeitswerkzeug mindestens zwei Verbindungs- oder Gelenkglieder umfaßt, wobei jedes Glied steuerbar betätigt wird durch mindestens einen Hydraulikzylinder, wobei jeder Hydraulikzylinder unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel enthält und einen bewegbaren Teil besitzt, der zwischen einer ersten zurückgezogenen Position und einer Vielzahl von zweiten Positionen ausgefahren werden kann, und zwar ansprechend auf den Druck des Hydraulikströmungsmittels darin, wobei das Steuersystem folgendes aufweist:
Mittel zum Erzeugen jeweiliger Positionssignale ansprechend auf die Position jedes der Glieder;
Positionslogikmittel zum Empfang der Positionssignale, wobei die Positionslogikmittel jedes der empfangenen Positionssignale mit einer Vielzahl von vorbestimmten Positionseinstellpunkten vergleichen und ein daraufansprechendes Positionskorrektursignal erzeugen;
Betätigungsmittel zum Empfang des Positionskorrektursignals und zum steuerbaren Betätigen der mindestens zwei Glieder des Arbeitswerkzeugs, um den Arbeitszyklus darauf ansprechend durchzuführen; gekennzeichnet durch:
Mittel zum Erzeugen jeweiliger Drucksignale ansprechend auf den hydraulischen Strömungsmitteldruck jedes der Hydraulikzylinder;
Kraftlogikmittel zum Empfang der Drucksignale und zum darauf ansprechenden Berechnen eines dazu in Bezug stehenden oder korrelativen Kraftsignals für jeden der Hydraulikzylinder und zum Vergleichen jedes der korrelativen Kraftsignale mit einer Vielzahl von vorbestimmten Krafteinstellpunkten, und darauf ansprechendes Liefern eines Kraftkorrektursignals; und wobei die Betätigungsmittel auch das Kraftkorrektursignal empfangen und darauf ansprechend sind.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Steuersystem und ein Verfahren vor zum steuerbaren Betätigen eines Arbeitswerkzeugs, um einen vollständigen Arbeitszyklus durchzuführen. Das vorliegende Steuersystem und Verfahren ist insbesondere vorteilhaft beim Automatisieren des Arbeitszyklus einer Baggermaschine.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung sei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht einer Baggermaschine ist;
Fig. 2 ein Hardware-Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein funktionales Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein Flußdiagramm auf oberstem Niveau bzw. auf höchster Ebene eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein Flußdiagramm auf zweitem Niveau bzw. auf zweiter Ebene ist, das ein Ausführungsbeispiel der Ausleger-Hinunter-In-Den-Graben-Funktion darstellt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm auf zweitem Niveau bzw. in der zweiten Ebene ist, das ein Ausführungsbeispiel der Grab-Hub-Funktion darstellt;
Fig. 7 ein Flußdiagramm auf zweitem Niveau bzw. auf zweiter Ebene ist, die ein Ausführungsbeispiel der Ladung-Aufnehmen- und Ladung-Abladen-Funktionen darstellt;
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Baggermaschine ist, und
Fig. 9 ein Flußdiagramm auf zweitem Niveau bzw. auf zweiter Ebene ist, das ein Ausführungsbeispiel der Ladung-Abladen-Funktion mit Schwingen-Zum-Abladen- und Zurück- Zum-Graben-Funktionen darstellt.
Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein automatisches Baggersteuersystem 10 zum Steuern eines Arbeitswerkzeugs 12 einer Baggermaschine 14. Die Baggermaschine 14 ist als ein Hecktieflöffelbagger (back hoe) gezeigt, aber das Steuersystem 10 kann auf Fahrzeugen, wie beispielsweise Baggern, Motorbaggern (power shovels) und ähnlichem eingesetzt werden. Das Arbeitswerkzeug 12 solcher Baggermaschinen umfaßt im allgemeinen einen Ausleger 16, einen Stiel 18 und einen Löffel oder Kübel 20. Der Ausleger 16 ist schwenkbar auf der Baggermaschine 14 angebracht mittels eines Auslegerschwenkstifts 22. Der Stiel 18 ist schwenkbar mit dem freien Ende des Auslegers 16 verbunden, und der Löffel 20 ist schwenkbar an dem Stiel 18 befestigt. Der Löffel 20 umfaßt einen gerundeten Teil 26 und Löffelzähne 24.
Der Ausleger 16, der Stiel 18 und der Löffel 20 werden unabhängig und in steuerbarer Weise betätigt durch linear ausfahrbare Hydraulikzylinder. Der Ausleger 16 wird betätigt durch mindestens einen Ausleger-Hydraulikzylinder 28 für Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Löffels 20. Der Stiel 18 wird betätigt durch mindestens einen Stiel- Hydraulikzylinder 30 für horizontale Bewegungen des Löffels 20 in Längsrichtung. Der Löffel 20 wird betätigt durch einen Löffel-Hydraulikzylinder 32 und besitzt einen radialen Bewegungsbereich um einen Löffelschwenkstift 34. Aus Gründen der Darstellung ist nur ein Ausleger- und ein Stiel-Hydraulikzylinder 28, 30 in Fig. 1 gezeigt.
Um ein Verständnis des Betriebs des Arbeitswerkzeugs 12 und der Hydraulikzylinder 28, 30, 32 zu gewährleisten, wird die folgende Beziehung beobachtet. Der Ausleger 16 wird angehoben durch Zurückziehen der Ausleger-Hydraulikzylinder 28, und er wird gesenkt durch Ausfahren derselben Zylinder 28. Ein Zurückziehen der Stiel- Hydraulikzylinder 30 bewegt den Stiel 18 weg von der Baggermaschine 14 und ein Ausfahren der Stiel-Hydraulikzylinder 30 bewegt den Stiel 18 zu der Maschine 14 hin. Schließlich wird der Löffel 20 weg von der Baggermaschine 14 gedreht, wenn der Löffel-Hydraulikzylinder 32 zurückgezogen wird, und der Löffel wird zu der Maschine 14 hin gedreht, wenn derselbe Zylinder 32 ausgefahren wird.
Aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung werden die horizontalen und vertikalen Abstände X und Y, wie sie von dem Auslegerschwenkstift 22 zu dem Löffelschwenkstift 34 gemessen werden, als die Löffelkoordinaten X, Y bezeichnet. Zusätzlich beschreibt ein Löffel-Winkel R den Löffel-Schwenkwinkel bezüglich einer horizontalen Ebene. Gemeinsam sind X, Y und R Komponenten der Löffelposition.
Ebenfalls gezeigt, aber ohne einen Teil der Erfindung zu bilden, ist eine Bezugshöhenmeßlatte 37, die eine markierte Höhe festlegt, von der eine gewünschte Ausgrabtiefe gemessen wird. Ein solches Verfahren zum Feststellen einer Bezugshöhe ist in der Vermessungstechnik für Baggervorgänge bekannt. Die Bezugshöhe hinsichtlich der Baggermaschine 14 wird in der folgenden Weise zu dem automatischen Baggersteuersystem 10 übertragen: eine Maschinenbetriebsperson manipuliert oder betätigt das Arbeitswerkzeug 12, um die Löffelzähne 24 auf der Bezugshöhenmeßlatte 37 zu positionieren. Aus den Ausfahrzuständen der Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylinder 28, 30, 32 wird die Position des Auslegerschwenkstifts 22 bezüglich der Bezugshöhenmeßlatte 37 bestimmt. Darüber hinaus bestimmt die bekannte Position des Auslegerschwenkstiftes 22 das Bodenniveau. Daher kann eine Löffeltiefe aus der bekannten Löffel-Vertikal- Distanz Y, dem bekannten Bodenniveau und der festen Distanz Y' zwischen dem Auslegerschwenkstift 22 und dem Bodenniveau berechnet werden.
Mit Bezug auf Fig. 2 umfassen Mittel zum Erzeugen eines Positionssignals ansprechend auf die Position des Arbeitswerkzeugs 12 Versetzungssensoren 40, 42, 44 zum Abfühlen der Zylinderausfahrgröße der Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylinder 28 bzw. 30 bzw. 32. Ein solcher Sensor ist der Temposonics Linearversetzungswandler, der durch MTS-Systems Corporation aus Plainview, NY, hergestellt wird. Ein auf Radiofrequenz basierender Sensor, der im US-Patent Nr. 4,737,705, ausgegeben an Bitar et al. am 12. April 1988, beschrieben ist, kann auch verwendet werden.
Es ist deutlich, daß die Position des Arbeitswerkzeugs 12 auch aus den Arbeitswerkzeug-Gelenkwinkelmessungen abgeleitet werden kann. Eine alternative Einrichtung zum Erzeugen eines Arbeitswerkzeugspositionssignals umfaßt Drehwinkelsensoren, wie beispielsweise Drehpotentiometer, die beispielsweise die Winkel zwischen dem Ausleger 16, dem Stiel 18 und dem Löffel 20 messen. Die Position des Arbeitswerkzeugs kann entweder aus den Hydraulikzylinderausfahrmessungen oder den Gelenkwinkelmessungen durch trigonometrische Verfahren berechnet werden. Solche Techniken zum Bestimmen der Löffelposition sind in der Technik bekannt und können beispielsweise gefunden werden im US-Patent Nr. 3,997,071, ausgegeben an Teach am 14. Dezember 1976, und US-Patent Nr. 4,377,043, ausgegeben an Inui et al., am 22. März 1983.
Mittel zum Erzeugen eines Kraftsignals ansprechend auf eine Kraft, die auf das Arbeitswerkzeug 12 ausgeübt wird, umfassen Drucksensoren 46, 48, 50, die die hydraulischen Drücke in den Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylindern 28 bzw. 30 bzw. 32 messen. Die Drucksensoren 46, 48, 50 erzeugen jeweils Signale, und zwar ansprechend auf die Druckdifferenz des jeweiligen Hydraulikzylinders 28, 30, 32. Ein geeigneter Drucksensor ist der Druckwandler der Serie 555, hergestellt durch Precise Sensors, Inc. aus Monrovia, CA.
Das Ausfahren der Zylinder, das durch die Versetzungssensoren 40, 42, 44 abgefühlt wurde und die Zylinderdrucksignale, die durch die Drucksensoren 46, 48, 50 abgefühlt wurden, werden an einen Signalaufbereiter 52 geliefert. Der Signalaufbereiter 52 sieht herkömmliche Signalerregung und Filtern vor. Ein Vishay-Signal-Aufbereitungsverstärker-2300-System, hergestellt durch Measurements Group, Inc. aus Raleigh, NC, kann zu diesem Zweck verwendet werden. Die aufbereiteten Positions- und Drucksignale werden als Eingabegrößen an Positions- und Kraftlogikmittel 38 geliefert, die einen Mikroprozessor umfassen.
Die Positions- und Kraftlogikmittel 38 besitzen zwei weitere Eingangsgrößenquellen: einen Steuerhebel 54 und eine Bedienungspersonschnittstelle 56. Der Steuerhebel 54 sieht die manuelle Steuerung des Arbeitswerkzeugs 12 vor. Der Steuerhebel 54 kann ausgeführt sein durch einen Hebel von herkömmlicher Bauart, wie beispielsweise einer, der von CTI Electronics aus Bridgeport, CT, hergestellt wird. Die Ausgabegröße des Steuerhebels 54 bestimmt die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Arbeitwerkzeugs 12. Die bevorzugte Ausführung des Steuerhebels koordiniert die Bewegungen des Auslegers 16, des Stiels 18 und des Löffels 20, um intuitiv der Bewegung des Steuerhebels 54 zu entsprechen.
Eine Maschinenbedienungsperson kann Grabungsvorgaben eingeben, wie beispielsweise Grabungstiefe und Bodenneigung, und zwar durch eine Bedienungspersonschnittstelleneinrichtung 56. Die Schnittstellen- oder Interfaceeinrichtung 56 kann beispielsweise ausgeführt sein durch einen Flüssigkristallanzeigeschirm (LCD-Schirm) mit einem alphanumerischen Tastenfeld. Eine Ausführung mit einem berührungsempfindlichen Schirm ist auch geeignet. Die Eigenschaft oder Natur der Eingabe durch die Bedienungsperson wird aus den folgenden Beschreibungen deutlicher.
Die Positions- und Kraftlogikmittel 38 empfangen Positions- und Drucksignaleingabegrößen von dem Signalaufbereiter 52, manuelle Steuersignale von dem Steuerhebel 54, und eine Bedienungspersoneingabegröße von der Bedienungspersonschnittstelle 56 und sie erzeugen Ausleger-, Stiel- und Löffel-Zylinderkorrekturbefehlssignale. Die Ausleger-, Stiel- und Löffel-Zylinderkorrekturbefehlssignale werden an Betätigungsmittel geliefert, die hydraulische Steuerventile 57, 58, 59 umfassen, zum Steuern des Hydraulikstroms für die jeweiligen Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylinder 28, 30, 32.
Aus dem Vorgenannten sind mehrere automatische Baggersteuermöglichkeiten verfügbar. Sechs Steuermöglichkeiten können von einer Maschinenbetriebsperson ausgewählt werden, um individuelle Vorlieben der Bedienungsperson zu berücksichtigen oder um die automatische Baggersteuerung 10 an spezielle Baggererfordernisse anzupassen. Steuermöglichkeiten 1) und 2) sind auf zwei Verfahren gerichtet mit Bezug auf den Löffel, in denen die Bewegung des Steuerhebels 54 die Bewegung des Löffels 20 befiehlt. Die Steuermöglichkeit 3) ist eine Kraftschwellenlogiksteuermöglichkeit, die das Überwachen der Kräfte auf das Arbeitswerkzeug 12 vorsieht, um eine Überlastung zu detektieren und ein Anhalten oder "Abwürgen" vorherzusagen. Die Steuermöglichkeit 4) gestattet es der Maschinenbetriebsperson, eine Ausgrabungstiefe und -neigung vorzugeben. Die Steuermöglichkeit 5) gestattet es der Bedienungsperson, ein Gebiet vorzugeben, wobei der Löffel eingeschränkt wird, so daß er während des Baggerns in dieses Gebiet nicht eintritt. Schließlich ist die Steuermöglichkeit 6) automatisches Graben. Das Auswählen dieser Möglichkeit gestattet es, daß das Steuersystem 10 baggert durch automatisches Ausführen des Arbeitszyklus. Es folgt eine genaue Beschreibung der automatischen Steuersystemsteuermöglichkeiten und der Weise, in der jede Möglichkeit ausgeführt wird.
Mit Bezug auf Fig. 3 empfangen die Positions-Logikmittel 38 manuelle Steuergeschwindigkeitsvektoren X, Y und R von einem Steuerhebel 54. Die Geschwindigkeitsvektoren werden integriert, um eine Versetzung ΔX, ΔY und ΔR zu erhalten, die jeweils in der horizontalen und vertikalen Richtung und um die Drehachse erwünscht ist, wie es im Block 60 gezeigt ist. Zusätzlich empfangen die Positions- Logikmittel 38 Ausleger-, Stiel- und Löffel-Zylinderpositionssignale d1-d3 von den Zylinderversetzungssensoren 40, 42, 44. Eine gegenwärtige Löffelposition wird aus den Positionssignalen errechnet.
Im Block 62 sind zwei Optionen oder Möglichkeiten verfügbar, um die Löffelposition zu berechnen. Die Möglichkeiten 1) und 2) sind Löffelbezugsmöglichkeiten, die gestatten, daß entweder der Löffelschwenkstift 34 oder die Löffelzähne 24 als ein Steuerungsbezugspunkt verwendet werden. Die Hauptunterschiede zwischen den zwei Löffelbezugsmöglichkeiten 1) und 2) sind, wie die Löffelposition berechnet wird, und wie die Löffelbewegungen gesteuert werden. Bei der Löffelschwenkstiftbezugsmöglichkeit 1) wird das Ausfahren des Löffelzylinders nicht verwendet zum Berechnen der Löffelschwenkstiftposition, da der Wert des Löffelwinkels R nicht benötigt wird. Die Löffelschwenkbewegung wird auf normale Weise gesteuert, d. h. wenn der Steuerhebel 54 manipuliert oder betätigt wird, um ein Eindrehen des Löffels zu fordern, wird der Löffel 20 eingedreht.
Bei der Löffelzähnebezugssteuerungsmöglichkeit 2) wird der Löffelwinkel R mit den horizontalen und vertikalen X-Y-Bewegungen des Arbeitswerkzeugs 12 koordiniert. Wenn der Löffel 20 zu der Baggermaschine 14 hin bewegt wird, wird eine Drehung des Löffels 20 benötigt, um den Löffelwinkel R beizubehalten. Bei dieser Möglichkeit wird der Löffelwinkel R beibehalten, ohne daß zusätzliche manuelle Einstellungen erforderlich sind. Die Möglichkeit 2) erleichtert Anwendungen, in denen es wünschenswert ist, die Löffelzähne 24 in einer Ebene bei einer gegebenen Neigung zu halten, während der gleiche Löffelwinkel R gehalten wird. Wenn diese Möglichkeit gewählt wird, wird das Ausfahren der Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylinder verwendet zum Berechnen der horizontalen, vertikalen und drehmäßigen Komponenten X, Y, R der Löffelposition.
Eine Löffelschwenkstift- oder Löffelzähneposition wird aus den Ausleger-, Stiel- und Löffelpositionssignalen berechnet, die durch die jeweiligen Zylinderversetzungssensoren 40, 42, 44 erzeugt wurden, und zwar im Block 62. Die berechnete Löffelposition wird dann kombiniert mit den manuellen Steuerversetzungswerten ΔX, ΔY, ΔR, um eine gewünschte Löffelposition zu erhalten. Im Block 64 wird das gewünschte Löffelsignal verwendet, um Arbeitswerkzeugpositionskorrekturen der X-, Y- und R-Achsen zu berechnen, und zwar gemäß der laufenden Bedingungen und/oder Einschränkungen, abhängig von der oder den ausgewählten Steuermöglichkeit(en) oder -option (en).
Die Möglichkeit 3) ist eine Kraftschwellen-Logiksteuermöglichkeit. Zylinderdrucksensoren 46, 48, 50 fühlen die Kopf- und Stangenendendrücke p1-p6 der Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylinder ab. Die Kraft-Logikmittel 38 empfangen die Drucksignale p1-p6 (über den Signalaufbereiter 52, in Fig. 3 nicht gezeigt) und berechnen Ausleger-, Stiel- und Löffelzylinderkräfte. Aus dem abgefühlten Hydraulikdruck kann die Kraft, die auf einen gegebenen Zylinder ausgeübt wird, und die gleich ist wie die Kraft, die durch diesen Zylinder ausgeübt wird, berechnet werden durch die folgende Formel:
Zylinderkraft = (P&sub2; * A&sub2;) - (P&sub1; * A&sub1;)
wobei P&sub2; und P&sub1; jeweilige Hydraulikdrücke sind an den Kopf- und Stangenenden der bestimmten Zylinder 28, 30, 32 und wobei A&sub2; und A&sub1; die Querschnittsflächen an den jeweiligen Enden sind. In Fig. 1 zeigen die Kraftvektoren F&sub1;, F&sub2; und F&sub3; an den Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylindern 28, 30, 32 die Richtung der ausgeübten Kraft an, um ein Ausfahren des jeweiligen Hydraulikzylinders zu bewirken. Vergleiche der berechneten Zylinderkräfte mit vorbestimmten Krafteinstellpunkten werden verwendet, um ein Überlasten des Auslegers, Stiels und Löffels 16, 18, 20 abzufühlen bzw. zu detektieren und ein Anhalten oder "Abwürgen" vorherzusagen.
Eine weitere, im Block 64 gezeigte Möglichkeit ist die Möglichkeit maximaler Tiefe und Neigung. Eine maximale Bagger- oder Grabungstiefe hinsichtlich einer Bezugshöhe kann von der Maschinenbedienungsperson vorgegeben werden. Die vertikale Komponente Y der gewünschten Löffelposition wird verglichen mit der vorgegebenen maximalen Tiefe, wenn diese Möglichkeit ausgewählt ist. Das automatische Baggersteuersystem 10 verhindert, daß der Löffel 20 unter die vorgegebene Tiefe baggert, selbst wenn dem Arbeitswerkzeug 12 manuell befohlen wird, den Löffel 20 über die maximale Tiefe hinaus zu senken. Zusätzlich kann von der Bedienungsperson ein Winkel vorgegeben werden für einen geneigten fertigen Boden. Das automatische Baggersteuersystem 10 berechnet die gewünschte Änderung der horizontalen und vertikalen Abstände aus der gegenwärtigen Position des Löffels, um die vorgegebene Neigung zu erreichen. Das automatische Baggersteuersystem 10 gewährleistet, daß der niedrigste Punkt des geneigten Bodens nicht die vorgegebene Maximaltiefe überschreitet.
Die Möglichkeit 5) mit einem eingeschränkten Gebiet gestattet der Bedienungsperson, ein dreidimensionales Gebiet zu definieren, in das der Eintritt der Löffelzähne 24 verboten ist, selbst wenn dem Arbeitswerkzeug 12 manuell befohlen wird, dort hinein einzudringen. Ein eingeschränktes Gebiet wird definiert durch einen Radius von einer Mittellinie, die allgemein senkrecht ist zu dem Grab-Hub der Baggermaschine 14. Das eingeschränkte Gebiet wird vorgegeben durch Eingeben eines horizontalen Abstands von dem Auslegerschwenkstift 22, eines vertikalen Abstands unterhalb der Bezugshöhe und eines Radius, und zwar unter Verwendung der Bedienungspersonschnittstelle 56. Beim Berechnen von Arbeitswerkzeugpositionskorrekturen der X-, y- und R-Achsen wird die gewünschte Löffelposition mit den Koordinaten des eingeschränkten Gebiets verglichen. Wenn die gewünschte Löffelposition und das eingeschränkte oder verbotene Gebiet zusammenfallen, werden die Eingabegrößen des Steuerhebels 54 modifiziert, um das eingeschränkte Gebiet zu vermeiden.
Möglichkeit 6) ist automatisches Baggern. Ein Baggerarbeitszyklus, wie er durch die folgenden Funktionen definiert wird, wird automatisch ausgeführt: Ausleger-Hinunter-In-Den Graben, Grab-Hub,- Ladung-Aufnehmen, Schwingen- Zum-Abladen, Ladung-Abladen, Zurück-Zum-Graben. Die Art und Weise, in der dies erreicht wird, wird aus den unten folgenden Beschreibungen der beigefügten Fig. 4-9 deutlicher werden.
Im Block 66 erzeugen die Arbeitswerkzeugpositionskorrekturen der X-, Y- und R-Achsen Arbeitswerkzeugzylinderausfahrbefehlsignale. Diese Befehlssignale bewirken eine Versetzung der Ausleger-, Stiel- und Löffel-Hydraulikzylinder.
Mit Bezug auf Fig. 4 ist ein Flußdiagramm auf höchstem Niveau bzw. auf höchster Ebene des automatisierten Baggerarbeitszyklus gezeigt. Der Arbeitszyklus für eine Baggermaschine 14 kann allgemein in vier unterschiedliche und aufeinanderfolgende Funktionen aufgeteilt werden: Ausleger-Hinunter-In-Den-Graben 63, Grab-Hub 65, Ladung- Aufnehmen 67, und Ladung-Abladen 69. Die Funktion Ladung- Abladen 69 umfaßt die Funktionen Schwingen-Zum-Graben und Zurück-Zum-Graben, wie im weiteren beschrieben wird. Wie das Flußdiagramm zeigt, wird der automatisierte Baggerarbeitszyklus iterativ oder schrittweise durchgeführt. Ein Eingreifen der Bedienungsperson ist nicht erforderlich, um den Arbeitszyklus durchzuführen, obwohl die Bedienungsperson die Bewegung des Arbeitswerkzeugs 12 modifizieren kann, wenn die Modifikation nicht Vorgaben bezüglich maximaler Tiefe oder eines eingeschränkten Gebiets widerspricht.
In Fig. 5 positioniert die Funktion Ausleger-Hinunter-In- Den-Graben 63 das Arbeitswerkzeug 12 so, daß der Löffel 20 auf einer optimalen Anfangstiefe und bei einem optimalen Schneidwinkel ist. Die Funktion beginnt immer durch Berechnen der Löffelschwenkstiftposition, wie es im Block 70 gezeigt ist. Im weiteren bezieht sich der Ausdruck "Löffelposition" auf eine Versetzung des Löffelschwenkstifts in horizontaler und vertikaler Richtung von dem Auslegerschwenkstift 22 zusammen mit dem Löffelwinkel R, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Im Entscheidungsblock 72 wird die Auslegerzylinderkraft F&sub1; berechnet und mit einem Einstellpunkt A verglichen. Der Einstellpunkt A ist definiert als der Kraftwert, der gerade geringer ist als die Kraft, die auf den Ausleger ausgeübt werden muß, daß die Maschine 14 anfängt, vom Boden abgehoben zu werden, und zwar mit dem Ausleger, dem Stiel und dem Löffel 16, 18, 20 nach außen ausgefahren. Die Tiefe des Löffelschwenkstifts 34 wird verglichen mit einem Einstellpunkt B, der die Stifttiefe bei maximaler Grabtiefe ist, wie es von der Maschinenbedienungsperson vorgegeben wurde.
Wenn die Auslegerkraft F&sub1; nicht größer ist als der Einstellpunkt A und die stifttiefe nicht größer ist als oder gleich ist wie der Einstellpunkt B, dann wird im Block 74 das Ausfahren des Löffelzylinders mit einem Einstellpunkt C verglichen. Der Einstellpunkt C entspricht dem Ausfahren des Löffelzylinders, das nicht gestattet, daß der Löffel 20 "falsch aufsetzt". Ein "falsches Aufsetzen" ("heeling") tritt auf, wenn der gerundete Teil 26 des Löffels 20 mit der Erde bzw. dem Boden in Kontakt kommt, was die Schneideffizienz in großem Maße vermindert. Wenn das Ausfahren des Löffelzylinders weniger ist als der Einstellpunkt C, dann wird im Block 76 der Löffel 20 eingedreht, um den Löffelwinkel R zu vermindern, im Block 78 wird der Ausleger 16 nach unten weiter in den Boden hinein ausgefahren, und die Ausführung des Programms geht weiter im Block 70. Wenn das Ausfahren des Löffelzylinders nicht weniger als der Einstellpunkt C ist, dann wird im Block 78 der Ausleger nach unten bewegt ohne ein Eindrehen des Löffels 20, und die Ausführung kehrt zum Block 70 zurück. So lange wie die Kraft F&sub1; auf den Ausleger 16 derart ist, daß das Fahrzeug 14 nicht kippt und der Löffel 20 die maximale Tiefe nicht überschreitet, wird das Steuersystem 10 so den Ausleger 16 weiterhin absenken, während gewährleistet wird, daß der Löffel 20 nicht "falsch aufgesetzt" wird.
Wenn im Entscheidungsblock 72 der Vergleich zwischen der Auslegerzylinderkraft und dem Einstellpunkt A anzeigt, daß das Fahrzeug zu kippen beginnen könnte oder der Löffel die maximale Tiefe überschreitet, dann wird der Löffel- oder Schneidwinkel R im Block 80 mit einem Einstellpunkt D verglichen. Der Einstellpunkt D ist ein vorbestimmter Schneidwinkel des Löffels. Wenn der Löffelwinkel R größer ist als der Einstellpunkt D, wird der Löffel Im Block 84 eingedreht, um einen besseren Schneidwinkel zu erreichen. Danach wird der Entscheidungsblock 86 ausgeführt, um die Löffelzylinderkraft F&sub3; mit einem Einstellpunkt E zu vergleichen, welcher die Löffelzylinderkraft ist, die gerade geringer ist als die Größe der Kraft, bei der die Maschine 14 zu gleiten beginnt, wenn die Auslegerzylinderkraft F&sub1; am Einstellpunkt A ist. Wenn die gemessene Löffelzylinderkraft F&sub3; größer ist als der Einstellpunkt E, wird der Ausleger 16 im Block 88 nach oben bewegt, um die Kraft zu vermindern, und die Programmsteuerung kehrt zum Block 80 zurück, wo der Löffelwinkel R mit einem Einstellpunkt D verglichen wird. Wenn die Löffelkraft F&sub3; nicht größer ist als der Einstellpunkt E, geht das Programm direkt zum Block 80 unter Umgehung des Blocks 88. Wenn der Löffelwinkel R geringer oder gleich dem Einstellpunkt D ist, geht die Programmausführung zum Abschnitt B des Flußdiagramms (Fig. 6), anderenfalls wird der Code, der dem Block 84, 86 und 88 entspricht, wieder ausgeführt. Aus dem Vorhergehenden ist deutlich, daß während der Funktionen Ausleger-Hinunter-In-Den-Graben 63 das Arbeitswerkzeug 12 so positioniert wird, daß die Löffeltiefe und der Schneidwinkel R eingestellt sind, um bereit zum Graben zu sein.
In Fig. 6 bewegt die Funktion Grab-Hub 65 das Arbeitswerkzeug 12 entlang eines Grabpfades zu der Baggermaschine 14 hin. Die Funktion Grab-Hub 65 beginnt, indem sie im Block 90 die Löffelschwenkstiftposition berechnet. Das Ausfahren des Stielzylinders und das Ausfahren des Löffelzylinders werden im Block 92 mit einem Einstellpunkt F bzw. einem Einstellpunkt G verglichen. Die Einstellpunkte F und G sind Anzeigen für eine Beendigung des Grab-Hubs. Die Baggermaschine 14 führt den Teil des Grab- Hubs des Arbeitszyklus aus durch Bringen des Löffels 20 zu der Baggermaschine 14 hin, bis der Stiel 18 nahezu vollständig ausgefahren ist. Der Einstellpunkt F ist das Ausfahren des Stielzylinders, wenn der Stielzylinder 30 nahe seines maximalen Ausfahrens ist, d. h. wenn der Stiel 18 nahe zu der Baggermaschine 14 gebracht wurde. Wenn der Stielzylinder 30 ausgefahren wird, wird in ähnlicher Weise der Löffelzylinder 32 zurückgezogen, um den Löffelwinkel R beizubehalten. Der Einstellpunkt G ist das Ausfahren des Löffelzylinders, wenn der Zylinder 32 nahezu vollständig eingezogen ist, was das Ende des Grab-Hubs anzeigt.
Wenn das Ausfahren irgendeines Zylinders den jeweiligen Einstellpunkt überschreitet, ist der Grab-Hub beendet und das Programm geht weiter zum Abschnitt C des Flußdiagramms (Fig. 7), wo die Maschine 14 mit der Aufnahme von Ladung beginnen kann. Wenn keine der obigen Bedingungen zutrifft, werden im Block 94 die Kräfte F&sub1;, F&sub2;, F&sub3;, die auf die Ausleger-, den Stiel- und den Löffelzylinder 28, 30, 32 ausgeübt werden, gegen maximal zulässige bzw. bemessene Zylinderkräfte überprüft, wie sie durch den Hersteller der Maschine vorgegeben werden. Dieser Schritt verhindert ein Überlasten des Hydrauliksystems der Maschine, was ein Anhalten oder "Abwürgen" bewirken kann. Wenn die gemessenen Zylinderkräfte F&sub1;, F&sub2;, F&sub3; eine vorbestimmte Maximalkraft überschreiten, wird der Ausleger 16 im Block 96 angehoben, um die übermäßige Kraft zu erleichtern. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Einstellpunkte ungefähr 85% der maximal zulässigen Kraft.
Wenn im Block 94 keine übermäßige Kraft detektiert wird, wird das Ausfahren des Stielzylinders verglichen mit einem Einstellpunkt H, und die Löffelzylinderkraft F&sub3; wird im Block 98 mit einem Einstellpunkt I verglichen. Wenn das Ausfahren des Stielzylinders geringer ist als der Einstellpunkt H und wenn die Löffelzylinderkraft F&sub3; größer ist als der Einstellpunkt I, ist das Arbeitswerkzeug 12 nicht in einer starken Grabposition. Das Arbeitswerkzeug 12 ist zu dieser Zeit wie ein langer Momenten- oder Hebelarm und die Neigung oder Tendenz der Maschine ist groß zu kippen und/oder gleiten zu beginnen.
In dieser Situation wird der Ausleger 16 im Block 100 angehoben, um die Löffelkraft F&sub3; zu vermindern. Die Auslegerzylinderkraft F&sub1; wird dann im Block 102 mit einem Einstellpunkt L verglichen. Der Zweck dieses Vergleichs ist es zu gewährleisten, daß die Maschine 14 nicht vom Boden abgehoben wird bei der gegebenen Arbeitswerkzeuggeometrie. Wenn die Kraft F&sub1; geringer ist als der Einstellpunkt L, dann wird der Stiel 18 im Block 104 nach außen ausgefahren, um die Kraft zu vermindern, und die Programmsteuerung geht weiter zum Block 116.
Wenn der unerwünschte Zustand im Block 98 nicht vorgefunden wird, dann wird die Löffelschwenkstifttiefe im Block 106 verglichen, um zu sehen, ob sie größer oder gleich ist wie der Einstellpunkt B, welcher die maximale Grabtiefe ist. Wenn der Löffel 20 auf der maximalen Tiefe ist, wird der Löffel 20 im Block 108 horizontal zu der Maschine 14 bewegt, wonach das Programm zum unten beschriebenen Block 116 weitergeht. Wenn der Löffel 20 nicht auf der maximalen Tiefe ist, wird die Stielzylinderkraft F&sub2; verglichen mit einem Einstellpunkt J. Wenn die Stielzylinderkraft F&sub2; geringer ist als der Einstellpunkt J, gräbt der Löffel 20 nicht effektiv. Um diese Situation zu korrigieren, wird der Stiel 18 näher zu der Maschine 14 gebracht, ohne den Ausleger 16 zu bewegen, um die Schneidtiefe zu erhöhen, was im Block 112 gezeigt ist. Anderenfalls wird der Löffelschwenkstift 34 im Block 114 horizontal zu der Maschine 14 bewegt. Es sei bemerkt, daß zur horizontalen Bewegung des Löffelschwenkstifts 34 die Bewegungen des Auslegers 16 und des Stiels 18 koordiniert werden, um die Höhe des Löffelschwenkstifts 34 beizubehalten.
Das Programm geht als nächstes weiter zum Block 116, wo Bedienungspersoneinstellungen des Steuerhebels 54 verwendet werden, um das Arbeitswerkzeug 12 gemäß der Bedienungsbefehle zu bewegen, außer diese Befehle widersprechen der vorgegebenen maximalen Tiefe, dem eingeschränkten Gebiet und/oder der Neigung. Die Bedienungseingabegröße kann in den Möglichkeiten 1), 2) konfiguriert werden, die sich auf den Löffelschwenkstift oder die Löffelzähne beziehen.
Danach wird die Löffelkoordinate X verglichen mit einem Einstellpunkt K, der der horizontale Abstand zwischen dem Auslegerschwenkstift 22 und dem Löffelschwenkstift 34 ist, wenn der Grab-Hub größtenteils beendet ist. Wenn der Abstand zwischen den Stiften 22, 34 geringer ist als der Einstellpunkt K, wird der Löffel 20 eingedreht, um mit dem Aufnehmen der Ladung zu beginnen, und die Steuerung kehrt zum Block 90 zurück.
Die Geometrie des Arbeitswerkzeugs 12 erfüllt schließlich die Bedingungen im Block 32, was die Beendigung des Grab- Hubs anzeigt, und das Steuersystem 10 beginnt mit der in Fig. 7 gezeigten Ladung-Aufnehmen-Funktion.
Fig. 7 zeigt die Logik für sowohl die Funktion des Ladung-Aufnehmens 67 als auch die Funktion des Ladung- Abladens 69. Die Funktion des Ladung-Aufnehmens 67 beginnt durch Berechnen der Position des Löffelschwenkstifts 34 im Block 124. Der Löffelwinkel R wird mit einem Einstellpunkt M verglichen, der der Löffelwinkel ist, der ausreichend ist, um eine aufgehäufte Löffelladung beizubehalten. Wenn der vorliegende Löffelwinkel R im Block 126 größer ist als der Einstellpunkt M, wird der Löffel 20 im Block 128 weiter eingedreht, bis der Löffelwinkel geringer oder gleich ist wie der Einstellpunkt M, so daß die Funktion des Ladung-Abladens im Abschnitt D beginnen kann.
Bei Beginn der Funktion des Ladung-Abladens 69 wird das Ausfahren der Ausleger-, Stiel- und Löffelzylinder im Block 132 mit Einstellpunkten N bzw. O bzw. P verglichen, um zu bestimmen, ob die aufgenommene Ladung vollständig abgeladen wurde. Die Ladung ist vollständig abgeladen, wenn der Ausleger 16 angehoben ist, der Stiel 18 nach außen ausgefahren ist, und der Löffel 20 umgedreht ist. Es sei bemerkt, daß in dieser vollständig abgeladenen Position alle Zylinder 28, 30, 32 im wesentlichen vollständig zurückgezogen sind. Wenn diese Position nicht erreicht wurde, wird das Ausfahren der Ausleger-, Stiel- und Löffelzylinder sequentiell oder aufeinanderfolgend gegen Einstellpunkte N, O und P überprüft, wie es in den Blocks 134, 138 und 142 gezeigt ist, und jeder Zylinder wird weiter eingezogen, bis sein Ausfahren größer ist als der jeweilige Einstellpunkt (in Blocks 136, 140, 144). Wenn jeder der Zylinder 28, 30, 32 in der vollständig zurückgezogenen Position ist, wird der Arbeitszyklus wiederholt, und die Programmsteuerung kehrt zu der Funktion Ausleger-Hinunter-In-Den-Graben 63 im Abschnitt A zurück, bis die maximale Grabtiefe erreicht ist.
Die Beschreibung der Funktionen Schwingen und Zurück- Zum- Graben wurden bis zuletzt zurückgestellt, da dies das Automatisieren des Arbeitswerkzeugs 12 in einer unterschiedlichen und getrennten Weise von den vorhergehenden Funktionen umfaßt.
Mit Bezug auf Fig. 8 ist der Schwenkwinkel β an einem Werkzeugschwenkpunkt 43 der querverlaufende Winkel zwischen dem Arbeitswerkzeug 12 und der Mittellinie 45 der Baggermaschine 14. Dieser Schwenkwinkel β ist in einem Hecktieflöffelbagger dort vorhanden, wo das Arbeitswerkzeug 12 unabhängig von dem Fahrzeugkörper schwingt oder schwenkt und auch bei einem Bagger oder einem Motorbagger (power shovel) dort vorhanden, wo die Führerkabine mit dem Arbeitswerkzeug 12 drehbar ist. Der Schwenkwinkel β ist ferner definiert als positiv in Gegenuhrzeigerrichtung von der in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie 45 und negativ in Uhrzeigerrichtung verlaufend von der Mittellinie 45. Wenn somit das Arbeitswerkzeug 12 mit der in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie 45 in einer Linie ist, ist der Schwenkwinkel β Null.
Ein Schwenkwinkelsensor, wie beispielsweise ein Drehpotentiometer, das an dem Arbeitswerkzeugschwenkpunkt 43 angeordnet ist, erzeugt eine Winkelmessung entsprechend der Größe der Arbeitswerkzeugabweichung von der in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie 45 der Maschine 14. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist ein Hydraulikzylinderversetzungssensor, wie beispielsweise von der Art, wie sie auf den Ausleger-, Stiel- und Löffelzylindern 28, 30, 32 verwendet werden und der auf einem der Schwing- oder Schwenkzylinder 47, 49 positioniert ist, auch geeignet zum Messen der Arbeitswerkzeugschwenkversetzung. Ein Schwenkwinkel kann aus dem gemessenen Ausfahren des Zylinders berechnet werden.
Vor dem Beginn des Grabarbeitszyklus werden die Ablade- und Grabenpositionen und ihre jeweiligen querverlaufenden Winkel vorgegeben und aufgenommen. Ein Grabenwinkel kann eingestellt werden durch Positionieren des Arbeitswerkzeugs 12 an der Grabenposition T. In ähnlicher Weise schwenkt die Bedienungsperson das Arbeitswerkzeug 12 dann zu einer Abladestelle D, um einen Abladewinkel einzurichten. Die gewünschten Ablade- und Grabenwinkel werden durch das Steuersystem 10 als Einstellpunkte Q bzw. R gespeichert, um während der Funktionen Schwingen-Zum- Abladen und Zurück-Zum-Graben verwendet zu werden.
Mit Bezug auf Fig. 9 ist das in Fig. 7 gezeigte Flußdiagramm für die Funktion Ladung-Abladen 69 modifiziert, um die Funktionen Schwingen-Zum-Abladen und Zurück-Zum-Graben zu umfassen. Im Block 132 wird der Einstellpunkt Q mit dem Einstellpunkt R verglichen, um die Positionen der Ablade- und Grabenwinkel relativ zueinander zu bestimmen. Wenn der Einstellpunkt R (Grabenwinkel) größer ist als der Einstellpunkt Q (Abladewinkel), wird ein variabler MERKER (FLAG) im Block 134 auf Null gesetzt. Der variable MERKER wird anderenfalls im Block 136 gleich eins gesetzt. Im Block 138 wird das Ausfahren der Ausleger-, Stiel- und Löffelzylinder mit Einstellpunkten N bzw. O bzw. P verglichen, um zu bestimmen, ob die vollständig abgeladene Position erreicht worden ist. Wenn das Ausfahren der Zylinder nicht gleichzeitig bei diesen jeweiligen Einstellpunkten ist, dann ist das Arbeitswerkzeug 12 nicht in der vollständig abgeladenen Position, und die Ausführung des Programms verzweigt sich in die Blocks 140-160.
Im Block 140-160 werden die Arbeitswerkzeug-Hydraulik- Zylinder 28, 30, 32 zurückgezogen, um die vollständig abgeladene Position zu erreichen und das Arbeitswerkzeug 12 wird in die Abladeposition D geschwungen. Das Ausfahren des Auslegerzylinders wird im Block 140 mit einem Einstellpunkt N verglichen. Wenn das Ausfahren des Auslegerzylinders größer ist als der Einstellpunkt N, dann wird der Auslegerzylinder 28 im Block 142 zurückgezogen. Der Vergleich und das Zurückziehen des Auslegerzylinders wird durchgeführt, bis der Auslegerzylinder vollständig zurückgezogen ist und die Bedingung im Block 140 erfüllt ist. Wenn im Block 140 der Vergleich befindet, daß der Ausleger 16 in einer zurückgezogenen und daher angehobenen Position ist, dann ist das Werkzeug 12 vollständig oberhalb des oberen Endes des Grabens und das Arbeitswerkzeug 12 kann beginnen, zu der Abladeposition D zu schwingen.
Im Block 144 wird der variable MERKER überprüft, um zu bestimmen, in welche Richtung das Arbeitswerkzeug 12 schwingen soll, um die Abladeposition D zu erreichen. Wenn der MERKER nicht Null ist, dann ist erforderlich, daß das Arbeitswerkzeug in Gegenuhrzeigerrichtung von der Grabenposition T schwenkt, um die Abladeposition D zu erreichen, sowie anderenfalls in Uhrzeigerrichtung. Wenn der MERKER im Block 144 nicht Null ist, dann wird der Schwenkwinkel β im Block 146 mit dem Einstellpunkt Q verglichen, wobei der Einstellpunkt Q der Abladewinkel ist. Wenn der Schwenkwinkel β geringer ist als der Einstellpunkt Q, dann wird das Werkzeug 12 im Block 148 in Gegenuhrzeigerrichtung zu der Abladeposition D hin geschwungen bzw. geschwenkt. Wenn der MERKER im Block 144 gleich eins ist, wird der Schwenkwinkel β im Block 150 mit dem Einstellpunkt Q verglichen und das Arbeitswerkzeug 12 wird im Block 152 in Uhrzeigerrichtung zu der Abladeposition D geschwenkt. Das Arbeitswerkzeug 12 wird entweder in Gegenuhrzeigerrichtung oder in Uhrzeigerrichtung geschwenkt, bis die Abladeposition D erreicht ist.
Nachfolgend wird das Ausfahren des Stielzylinders im Block 154 mit einem Einstellpunkt O verglichen und das Ausfahren des Löffelzylinders wird im Block 158 mit einem Einstellpunkt P verglichen. Wenn das Ausfahren eines der Zylinder größer ist als der jeweilige Einstellpunkt, dann wird der jeweilige Zylinder in den Blocks 156, 160 zurückgezogen.
Die Hauptprogrammschleife, die beim Block 138 beginnt und beim Block 160 endet, wird wiederholt ausgeführt, bis die Bedingungen im Block 138 erfüllt sind, was anzeigt, daß die in dem Löffel 20 enthaltene Ladung an der Abladeposition D abgeladen wurde. Zu diesem Zeitpunkt soll das Arbeitswerkzeug 12 zu der Grabenposition T zurückkehren.
Im Block 162 wird der variable MERKER überprüft. Wenn der MERKER gleich Null ist, und wenn der Schwenkwinkel β geringer ist als der Einstellpunkt R im Block 164, dann wird das Arbeitswerkzeug 12 im Block 166 in Gegenuhrzeigerrichtung geschwenkt, bis die Grabenposition T erreicht ist. Wenn der MERKER im Block 162 nicht Null ist, und der Schwenkwinkel β im Block 168 größer ist als der Einstellpunkt R, dann wird das Arbeitswerkzeug 12 im Block 170 in Uhrzeigerrichtung geschwenkt, bis die Grabenposition T erreicht ist. Wenn der Schwenkwinkel β gleich ist wie der Einstellpunkt R in den Blocks 164 oder 168, dann ist das Arbeitswerkzeug 12 mit der Grabenposition T in einer Linie und der gesamte Arbeitszyklus kann wiederholt werden durch Rückkehr der Ausführung des Programmes zum Abschnitt A.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Funktionen Schwingen-Zum-Abladen und Zurück-Zum-Graben ist erforderlich, daß das Arbeitswerkzeug 12 zu der Abladeposition zu Schwenken beginnt, sobald es über das obere Ende des Grabens hinaus ist, ähnlich wie wenn eine Bedienungsperson eine Baggermaschine steuert. Das automatische Bagggersystem 10 kann die Funktionen Schwingen-Zum- Abladen und Zurück-Zum-Graben, wie oben beschrieben, automatisieren und der Bedienungsperson die Möglichkeit geben, entweder die automatischen Funktionen Schwingen- Zum-Abladen und Zurück-Zum-Graben oder manuelles Schwenken des Arbeitswerkzeugs 12 zu wählen.
Die Werte für die Einstellpunkte A bis R, die in den Fig. 5-9 gezeigt sind, sind maschinenabhängig und können durch routinemäßiges Experimentieren bestimmt werden von Fachleuten der Fahrzeugdynamik und solchen, die mit Maschinenkapazitäten und -ausmaßen vertraut sind.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb des automatischen Baggersteuersystems 10 wird am besten beschrieben in Bezug auf seine Verwendung in Erdbewegungsfahrzeugen, wie beispielsweise Bagger, Hecktieflöffelbagger und Frontbagger. Diese Fahrzeuge weisen typischerweise Arbeitswerkzeuge auf mit zwei oder mehr Gelenkgliedern, die zu mehreren Graden der Bewegung in der Lage sind.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Baggermaschinenführer zwei Arbeitswerkzeugsteuerhebel und eine automatische Baggersteuertafelschnittstelle 56 zur Verfügung. Vorzugsweise steuert einer der zwei Hebel die Werkzeugbewegung in einer vertikalen Ebene, die sich von dem Schwenkpunkt 22 des Auslegers 16 zu der Spitze des Löffels 20 erstreckt, der andere Hebel steuert die Seitenschwenkbewegung des Arbeitswerkzeugs 12 in eine andere vertikale Ebene mit einem Schwenkwinkel aus der ersten Ebene. Die automatische Baggersteuertafelschnittstelle 56 sieht die Auswahl von Betriebsmöglichkeiten für die Betriebsperson und die Eingabe von Funktionenvorgaben vor.
Sechs Steuermöglichkeiten sind verfügbar: 1) Löffelschwenkstiftbezug, 2) Löffelzähnebezug, 3) Zylinderkraftschwellenlogik, 4) maximale Grabtiefe und geneigter Boden, 5) eingeschränktes Gebiet und 6) autonomes Baggern. Die Betriebsperson wählt unter den Steuermöglichkeiten eine für die gegenwärtige Baggeranwendung geeignete oder nach persönlichen Vorlieben aus.
Die Möglichkeit 1) koordiniert die Bewegung des Löffelschwenkstiftes 34 mit der Bewegung des Steuerhebels 54 und die gesamte Berechnung verwendet den Löffelschwenkstift 34 als Bezugspunkt. Diese Möglichkeit stimmt mit der natürlichen Erwartung und Betriebspraxis der meisten Bedienungspersonen überein.
Möglichkeit 2) koordiniert auch die Bewegung zwischen dem Löffel und dem Steuerhebel 54 mit der Ausnahme, daß der Bezugspunkt die Löffelzähne 24 ist. Bei der Möglichkeit 2) ist der Löffelwinkel in die Berechnungen mit einbezogen. Wenn beispielsweise eine horizontale Bewegung gewünscht wird, wie beispielsweise bei einer Bodenendbearbeitungsanwendung, koordiniert das Steuersystem automatisch die Ausleger-, Stiel- und Löffelzylinder, um die Löffelzähne entlang der horizontalen Linie zu bewegen.
Möglichkeit 3), die Kraftschwellenlogik, gestattet das automatische Vorhersagen möglicher Anhalte- oder "Abwürge"-Bedingungen und sieht eine korrigierende Wirkung vor, bevor die Anhaltebedingung auftritt. Die Bedienungsperson wird angewiesen oder gefragt, entweder die Möglichkeit 1) oder 2), die Löffelbezugsmöglichkeiten, zu wählen, wenn die Möglichkeit 3) ausgewählt ist.
Durch Auswählen der Möglichkeit 4) kann die Bedienungsperson das Steuersystem 10 auf eine maximale Grabtiefe und eine Neigung des Grabpfades programmieren. Die automatische Baggersteuerung 10 fragt die Bedienungsperson zuerst über die Bedienungspersonschnittstelle 56 nach der gewünschten Löffelbezugsmöglichkeit 1) oder 2) und ob die Möglichkeit 3) der Kraftschwellenlogik aktiviert werden soll. Die Betriebsperson wird dann angewiesen, das Arbeitswerkzeug 12 so zu manovrieren, daß die Löffelzähne 24 die Spitze der Bezugshöhenmeßlatte 37 kontaktieren. Wenn dies erreicht ist, gibt die Bedienungsperson einen Tastendruck ein, um anzuzeigen, daß die Bezugshöhe lokalisiert wurde. Das Steuersystem 10 fragt die Bedienungsperson dann nach der gewünschten Grabentiefe bezüglich der Bezugshöhe sowie nach einer gewünschten Neigung. Die Bedienungsperson gibt eine Tiefe ein und kann eine Neigung von Null eingeben für einen ebenen Boden. Das Steuersystem 10 berechnet nach der Eingabe der angefragten Bedienungseingabegrößen die Koordinaten des gewünschten Bagger- oder Grabungsbodens bezüglich der Baggermaschine 14. Das Steuersystem 10 wird nicht gestatten, daß das Arbeitswerkzeug 12 unter die Bagger- oder Grabungsgrenze kommt, die durch die Bodentiefe und die Neigung gebildet wird. Während des Baggerns hat die Bedienungsperson manuelle Kontrolle über das Arbeitswerkzeug 12 und kann das Material in jeglicher gewünschten Weise ausgraben oder baggern. Das Steuersystem 10 wird nicht gestatten, daß der Löffel 20 Material unterhalb der gewünschten Tiefe baggert oder ausgräbt, was dadurch einen glatten bzw. ebenen Boden bei der genauen Tiefe und Neigung ergibt.
Die Möglichkeit 5) des beschränkten Gebiets ist ähnlich zu der Möglichkeit 4), sieht aber zusätzlich die Fähigkeit vor, beschränkte Gebiete zu bestimmen, in die das Werkzeug nicht eintreten darf. Diese wichtige Möglichkeit findet häufige Anwendung bei Grabungs- oder Baggerstellen, wo bekannt ist, daß Rohre, Versorgungsleitungen, etc. vergraben sind. Wenn die Steuermöglichkeit 5) gewählt ist, wird die Bedienungsperson angewiesen, die Information über die Grabentiefe und die Neigung wie in der Möglichkeit 4) einzugeben, und zwar zusätzlich zu der Information des verbotenen oder eingeschränkten Gebiets. Die Baggermaschinen 14 ist so positioniert, daß die Längsachse des eingeschränkten Gebiets im wesentlichen senkrecht zu der in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie 45 der Maschine 14 ist. Die Bedienungsperson wird angewiesen, einen horizontalen und vertikalen Abstand von dem Auslegerschwenkstift 22 zu der Längsachse des eingeschränkten Gebiets einzugeben. Dann wird die Bedienungsperson angewiesen, einen radialen Abstand von der Längsachse des eingeschränkten Gebiets einzugeben. Die Längsachse und der Radius definieren die Grenzen des eingeschränkten oder verbotenen Gebiets. Die Bedienungsperson kann dann das Material ausgraben oder baggern ohne Sorge, irgendeine Versorgungsleitung zu unterbrechen, die innerhalb des eingeschränkten Gebiets liegt.
Schließlich besitzt die Baggermaschine 14 durch Wählen der Steuermöglichkeit 6) die Fähigkeit, autonom oder selbsttätig zu baggern. Der Baggerarbeitszyklus wird automatisch durchgeführt, bis die gewünschte Grabentiefe und Neigung erreicht wurde. Das Steuersystem 10 überwacht die Arbeitswerkzeugposition und die Hydraulikzylinderdrücke und agiert und reagiert gemäß der vorgeschriebenen Positions- und Kraftlogik, die aus einer Analyse von Expertenbedienungspersontechniken entwickelt wurde.
Für die Betriebsart 6) des autonomen Baggerns wird die Bedienungsperson wiederum nach einer Löffelbezugsmöglichkeitsauswahl gefragt, nach einer gewünschten Grabentiefe und Bodenneigung gefragt, und angewiesen, die Bezugshöhenmeßlatte zu kontaktieren, um eine Bezugshöhe einzustellen. Die Steuermöglichkeit 3), die Kraftschwellenlogik, wird in der Möglichkeit des automatischen Baggerns automatisch aktiviert. Wenn die Grabenposition T von der Mittellinie 45 der Baggermaschine 14 abweicht, dann muß die Bedienungsperson das Arbeitswerkzeug 12 an der Grabenstelle T positionieren, um den Grabenwinkel einzustellen. Die Bedienungsperson wird auch in der gleichen Weise nach dem Abladewinkel gefragt. Das automatische Baggersteuersystem 10 führt unter der Möglichkeit 6) den Arbeitszyklus aus und baggert Material, bis die gewünschte Bodenneigung und Tiefe erreicht ist. Obwohl das Baggern autonom oder selbsttätig durchgeführt wird, können Einstellungen durch die Betriebsperson vorgenommen werden bezüglich des Grabpfades, und zwar über den Steuerhebel 54.

Claims

1. Steuersystem (10) zum automatischen Steuern eines Arbeitswerkzeugs (12), einer Baggermaschine (14) über einen gesamten Maschinenarbeitszyklus hinweg, wobei das Arbeitswerkzeug (12) mindestens zwei Gelenk- oder Verbindungsglieder (16, 18) umfaßt, wobei jedes Glied (16, 18) steuerbar betätigt wird durch mindestens einen Hydraulikzylinder (28, 30), wobei der Hydraulikzylinder (28, 30) unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel enthält und einen bewegbaren Teil besitzt, der zwischen einer ersten, eingefahrenen Position und einer Vielzahl von zweiten Positionen ausfahrbar ist ansprechend auf den Druck des Hydraulikströmungsmittels darin, wobei das System folgendes aufweist:

Mittel (42, 44) zum Erzeugen jeweiliger Positionssignale ansprechend auf die Position jedes der Glieder (16, 18);

Positionslogikmittel (38) zum Empfang der Positionssignale, zum Vergleichen jedes der empfangenen Positionssignale mit einer Vielzahl von vorbestimmten Positionseinstellpunkten und zum Erzeugen eines entsprechenden Positionskorrektursignals;

Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) zum Empfang des Positionskorrektursignals und zum steuerbaren Betätigen der mindestens zwei Glieder des Arbeitswerkzeugs, um den Arbeitszyklus darauf ansprechend durchzuführen;

gekennzeichnet durch:

Mittel (38) zum Erzeugen jeweiliger Drucksignale ansprechend auf den Hydraulikströmungsmitteldruck jedes der Hydraulikzylinder (28, 30);

Kraftlogikmittel (38) zum Empfang der Drucksignale und darauf ansprechendes Berechnen eines damit in Beziehung stehenden bzw. korrelativen Kraftsignales für jeden der Hydraulikzylinder und zum Vergleichen jedes der korrelativen Kraftsignale mit einer Vielzahl von vorbestimmten Krafteinstellpunkten, und zum darauf ansprechenden Liefern eines Kraftkorrektursignals; und

wobei die Betätigungsmittel auch das Kraftkorrektursignal empfangen und darauf ansprechend sind.

2. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Arbeitswerkzeug (12) ein drittes Gelenk- oder Verbindungsglied (20) umfaßt, wobei das dritte Glied (20) durch einen dritten Hydraulikzylinder (32) steuerbar betätigt wird und wobei das System einen Steuerhebel umfaßt, der in der Lage ist zur manuellen Steuerung des dritten Glieds.

3. Steuersystem gemäß Anspruch 1, wobei das Arbeitswerkzeug (12) ferner in Querrichtung bewegbar ist um einen Schwenkpunkt, wobei die positionssignalerzeugenden Mittel (42, 44, 46) Mittel umfassen zum Erzeugen eines Positionsbeschränkungssignals, und zwar ansprechend darauf, daß das empfangene Positionssignal nicht gleich eines vorbestimmten Querpositionseinstellpunkts ist, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) Mittel umfassen zum steuerbaren Bewegen des Arbeitswerkzeugs in Querrichtung, und zwar ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

4. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 1, wobei das System einen Steuerhebel umfaßt, der in der Lage ist zum manuellen Steuern des Arbeitswerkzeugs (12) und zum Erzeugen eines manuellen Positionssteuersignals und wobei:

die Positionslogikmittel (38) Mittel umfassen zum Empfang des manuellen Positionssteuersignals und zum

darauf ansprechenden Erzeugen eines Positionskorrektursignals, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) Mittel umfassen zum steuerbaren Bewegen des Arbeitswerkzeugs ansprechend auf das Positionskorrektursignal.

5. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 1, Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Glieder ein Ausleger und ein Stiel sind, und wobei das Arbeitswerkzeug (12) einen Löffel (20) umfaßt, wobei der Löffel durch mindestens einen jeweiligen Hydraulikzylinder steuerbar betätigt wird, wobei die Hydraulikzylinder (32) unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel enthält und einen bewegbaren Teil besitzt, der zwischen einer ersten, eingezogenen Position und einer Vielzahl von zweiten Positionen ausfahrbar ist, und zwar ansprechend auf den Druck des darin enthaltenen hydraulischen Strömungsmittels, und wobei:

die Positionssignalerzeugungsmittel Mittel (46) umfassen zum Erzeugen eines Positionssignals ansprechend auf die Position des Löffels (20);

die Positionslogikmittel (38) Mittel umfassen zum Empfang des Löffelpositionssignals, zum Vergleichen des empfangenen Positionssignals mit einem Einstellpunkt, wobei das Positionskorrektursignal darauf ansprechend ist;

die Drucksignalerzeugungsmittel (38) Mittel umfassen zum Erzeugen eines Drucksignals ansprechend auf den hydraulischen Strömungsmitteldruck in dem Löffelhydraulikzylinder (32);

die Kraftlogikmittel (38) Mittel umfassen zum Empfang der Löffeldrucksignale, zum Berechnen eines damit in Beziehung stehenden bzw. korrelativen Kraftsignals für den Löffelhydraulikzylinder (32), zum Vergleichen einer Vielzahl von vorbestimmten Krafteinstellpunkten damit, und wobei das Kraftkorrektursignal darauf ansprechend ist.

6. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) periodisch mindestens eines der empfangenen Ausleger-, Stiel- und Löffelpositionssignale mit einem vorbestimmten der Vielzahl von Positionseinstellpunkten vergleichen und darauf ansprechend ein Positionskorrektursignal erzeugen, und zwar ansprechend darauf, daß das Positionssignal nicht gleich ist wie der vorbestimmte Positionseinstellpunkt, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) bewegen, und zwar ansprechend auf das Vorhandensein des Positionskorrektursignals.

7. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Kraftlogikmittel (38) periodisch mindestens eines der errechneten Ausleger-, Stiel- und Löffelkraftsignale mit einem vorbestimmten der Vielzahl von Krafteinstellpunkten vergleichen und darauf ansprechend ein Kraftkorrektursignal erzeugen, und zwar ansprechend darauf, daß das Kraftsignal nicht gleich ist wie der vorbestimmte Krafteinstellpunkt, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) bewegen, um die darauf ausgeübte Kraft zu verändern, und zwar ansprechend auf das Vorhandensein des Kraftkorrektursignals.

8. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Kraftlogikmittel (38) ein Kraftbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß irgendeines der berechneten Ausleger-, Stiel- und Löffelkraftsignale größer oder gleich ist wie die vorbestimmten, maximal bemessenen, jeweiligen Ausleger-, Stiel- und Löffelkrafteinstellpunkte, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) nach oben bewegen ansprechend auf das Vorhandensein des Kraftbeschränkungssignals.

9. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Kraftlogikmittel (38) ein Kraftkorrektursignal erzeugen ansprechend darauf, daß das berechnete Auslegerkraftsignal größer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine maximale Auslegerkraft nach unten und daß das berechnete Löffelkraftsignal größer ist als ein vorbestimmter Löffelkrafteinstellpunkt, wodurch die Kombination aus Ausleger- und Löffelkräften in der Lage ist, ein Gleiten der Baggermaschine (14) zu bewirken, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) nach oben bewegen ansprechend auf das Vorhandensein des Kraftkorrektursignals.

10. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Kraftlogikmittel (38) ein Kraftkorrektursignal erzeugen ansprechend darauf, daß das berechnete Stielkraftsignal geringer oder gleich ist wie ein vorbestimmter minimaler Grabkrafteinstellpunkt, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) nach unten bewegen ansprechend auf das Vorhandensein des Kraftkorrektursignals.

11. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Stielpositionssignal größer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine maximale Stieleinzugsposition, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) im wesentlichen horizontal zu der Baggermaschine (14) bewegt ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

12. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Löffelpositionssignal größer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine maximale Löffeleindrehposition, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) im wesentlich horizontal zu der Baggermaschine (14) bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

13. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionskorrektursignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Stielpositionssignal größer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt einer Stielausfahrposition, und darauf ansprechend, daß die berechnete Löffelkraft größer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine Löffelgrabkraft, wodurch die Kombination der Stielposition und der Löffelkraft eine schwache Grabgeometrie des Arbeitswerkzeugs (12) anzeigt, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) nach oben bewegen ansprechend auf das Vorhandensein von sowohl dem Positionskorrektursignal als auch dem Kraftsignal.

14. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Kraftlogikmittel (38) ein Kraftkorrektursignal erzeugen ansprechend darauf, daß die berechnete Auslegerkraft größer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt einer Fahrzeugkippkraft, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) bewegen, um die auf das Arbeitswerkzeug (12) ausgeübte Kraft zu vermindern, und zwar ansprechend auf das Vorhandensein des Kraftkorrektursignals.

15. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Auslegerpositionssignal größer oder gleich ist wie ein vorbestimmter Einstellpunkt für die maximale Ausleger-Hoch-Position, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28) in steuerbarer Weise den Ausleger (16) nach oben bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

16. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 15, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Stielpositionssignal größer oder gleich ist wie ein vorbestimmter Einstellpunkt für die maximale Stielausfahrposition und wobei die Betätigungsmittel (58, 30) in steuerbarer Weise den Stiel (18) von der Baggermaschine (14) nach außen bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

17. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 16, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Löffelpositionssignal geringer oder gleich ist wie ein vorbestimmter Einstellpunkt für die Löffel-Abladeposition, und wobei die Betätigungsmittel (58, 30) in steuerbarer Weise den Löffel schwenkend von der Baggermaschine (14) nach außen bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

18. Steuersystem, (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionskorrektursignal erzeugen ansprechend darauf, daß das empfangene Löffelsignal nicht gleich einem vorbestimmten Einstellpunkt für die optimale Löffelschneidwinkelposition ist, und wobei die Betätigungsmittel (59, 32) in steuerbarer Weise den Löffel (20) schwenken ansprechend auf das Vorhandensein des Positionskorrektursignals.

19. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionskorrektursignal erzeugen ansprechend darauf, daß die empfangene Löffelposition geringer ist als ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine Löffel-Ladungs-Aufnahme-Position, und wobei die Betätigungsmittel (59, 32) in steuerbarer Weise den Löffel schwenken ansprechend auf das Vorhandensein des Positionskorrektursignals.

20. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionssignalerzeugungsmittel Ausleger-, Stiel- und Löffelpositionssignale erzeugen ansprechend auf den Betrag des Ausfahrens der jeweiligen betätigenden Hydraulikzylinder (28, 30, 32).

21. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Positionssignalerzeugungsmittel ein relatives Löffelpositionssignal berechnen, und zwar gemeinsam bzw. kollektiv ansprechend auf den Betrag des Ausfahrens der Ausleger-, Stiel- und Löffelhydraulikzylinder (28, 30, 32).

22. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 21, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß die vertikale Komponente der berechneten relativen Löffelposition größer oder gleich ist wie ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine maximale Grabentiefeposition und wobei die Kraftlogikmittel (38) ein Kraftbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß die berechnete Auslegerkraft größer oder gleich ist wie ein vorbestimmter Einstellpunkt für eine maximale Kraft nach unten, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) nach unten bewegen ansprechend auf das Fehlen von sowohl dem Positionsbeschränkungssignal als auch dem Kraftbeschränkungssignal.

23. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 21, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß die horizontale Komponente der berechneten relativen Löffelposition geringer oder gleich ist wie ein vorbestimmter Einstellpunkt einer minimalen horizontalen Werkzeug-Zu-Maschine-Abstandsposition, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) im wesentlichen horizontal zu der Baggermaschine (14) bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

24. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 21, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß die horizontale Komponente des berechneten relativen Löffelpositionssignals gleich ist zu einem vorbestimmten Bereich von Positionseinstellpunkten, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) im wesentlichen horizontal zu der Baggermaschine (14) bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

25. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 21, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionsbeschränkungssignal erzeugen ansprechend darauf, daß die vertikale Komponente der berechneten relativen Löffelposition gleich ist zu ein vorbestimmter Bereich von Positionseinstellpunkten, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) nach unten bewegen ansprechend auf das Fehlen des Positionsbeschränkungssignals.

26. Steuersystem (10) gemäß Anspruch 21, wobei die Positionslogikmittel (38) ein Positionskorrektursignal erzeugen ansprechend auf die berechnete relative Löffelposition und eine vorbestimmte gewünschte Grabenneigung, und wobei die Betätigungsmittel (57, 28, 58, 30, 59, 32) in steuerbarer Weise das Arbeitswerkzeug (12) vertikal und horizontal bewegen ansprechend auf das Vorhandensein des Positionskorrektursignals.