DE69511033T2

DE69511033T2 - Baggersteuervorrichtung mit einem baggerbereich-begrenzer für baumaschinen

Info

Publication number: DE69511033T2
Application number: DE69511033T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Adachi; Kazuo Fujishima; Masakazu Haga; Toichi Hirata; Hiroshi Watanabe; Eiji Yamagata
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-04-28
Also published as: EP0707118B1; KR960702565A; JP3056254B2; WO1995030059A1; US5835874A; EP0707118A4; CN1125969A; CN1126846C; EP0707118A1; DE69511033D1; KR100196669B1

Description

TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine und insbesondere ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten, das auf einer Baumaschine, wie einem hydraulischen Bagger mit einem vorderen Aufbau mit mehreren Gelenken, montiert ist und eine Ausschachtung ausführen kann, bei der der Bereich begrenzt wird, in dem der vordere Aufbau bewegt werden kann.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Als typisches Beispiel einer Baumaschine ist ein hydraulischer Bagger bekannt. Ein hydraulischer Bagger ist aus einem vorderen Aufbau mit einem Ausleger, einem Arm und einer Schaufel, die jeweils vertikal drehbar sind, und einem Körper mit einem oberen Aufbau und einem Fahrgestell aufgebaut, wobei der das Basisende des Auslegers des vorderen Aufbaus von dem vorderen Abschnitt des oberen Aufbaus gehalten wird. Bei einem derartigen hydraulischen Bagger werden die vorderen Elemente, wie der Ausleger, durch jeweilige manuell zu bedienende Steuerhebel betätigt. Da die vorderen Elemente zum Zwecke einer Schwenkbewegung gelenkig miteinander gekoppelt sind, ist es jedoch schwierig, durch Steuern der vorderen Elemente Ausschachtungsarbeiten in einem vorgegebenen Bereich auszuführen. In Anbetracht des Vorstehenden wird in der JP, A, 4136324 zur Vereinfachung der Ausschachtungsarbeiten ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten umfaßt eine Einrichtung zur Erfassung einer Stellung eines vorderen Aufbaus, eine Einrichtung zur Berechnung der Position des vorderen Aufbaus auf der Grundlage eines Signals von der Erfassungseinrichtung, eine Einrichtung zum Programmieren eines Bereichs, in den der Eintritt unzulässig ist und in dem ein Eintritt des vorderen Aufbaus verhindert wird, eine Einrichtung zur Berechnung der Wirkung der Hebel zur Bestimmung des Abstands d zwischen der Position des vorderen Aufbaus und der Begrenzungslinie des programmierten Bereichs, in den ein Eintritt nicht zulässig ist, und zur Ausgabe des Produkts eines Hebelsteuersignals und einer von dem Abstand d abhängigen Funktion, die den Wert 1 annimmt, wenn der Abstand d größer als ein bestimmter Wert ist, und einen Wert zwischen 0 und 1, wenn er kleiner als der bestimmte Wert ist, und eine Stellgliedsteuereinrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Stellglieds entsprechend einem Signal von der Einrichtung zur Berechnung der Wirkung der Hebel. Da bei dem Aufbau des vorgeschlagenen Systems das Signal zur Steuerung des Hebels abhängig von dem Abstand zur Begrenzungslinie des Bereichs, in den ein Eintritt unzulässig ist, begrenzt wird, wird das Schaufelende selbst dann an der Begrenzungslinie automatisch und gleichmäßig angehalten, wenn der Bediener versehentlich versucht, das Ende der Schaufel in den Bereich zu bewegen, in den ein Eintritt unzulässig ist, oder der Bediener kann auf dem Weg der Bewegung des Schaufelendes zu der Begrenzungslinie anhand einer Verringerung der Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus eine Annäherung der Bewegung an den Bereich bemerken, in den ein Eintritt unzulässig ist, und das Schaufelende zurück bewegen.
Ferner ist in der JP, A, 63-219731 ein hydraulischer Bagger offenbart, bei dem eine Arbeitsbegrenzungsposition eingestellt wird, hinter der die von einem vorderen Aufbau ausgeführte Arbeit auf Probleme stoßen kann, und ein Arm wird derart gesteuert, daß sein Ende in einen Bereich zurück bewegt wird, in dem eine Arbeit zulässig ist, wenn das Ende des Arms aus der Arbeitsbegrenzungsposition bewegt wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Bei den vorstehend beschriebenen bekannten Techniken treten jedoch die folgenden Probleme auf.
Da bei dem in der JP, A, 4-136324 offenbarten Stand der Technik die Einrichtung zur Berechnung der Wirkung der Hebel das Produkt des Hebelsteuersignals und der von dem Abstand d abhängigen Funktion an die Einrichtung zur Steuerung des Stellglieds ausgibt, wird das Schaufelende allmählich verlangsamt, wenn es sich der Grenze des Bereichs nähert, in den ein Eintritt unzulässig ist, und wird schließlich an der Grenze des Bereichs angehalten, in den ein Eintritt unzulässig ist. Daher kann ein Stoß verhindert werden, der anderenfalls bei einem Versuch des Bedieners erzeugt würde, das Schaufelende in den Bereich zu bewegen, in den der Eintritt unzulässig ist. Dieser Stand der Technik ist jedoch derart aufgebaut, daß die Geschwindigkeit des Schaufelendes unabhängig von der Richtung, in der das Schaufelende bewegt wird, stets verringert wird. Dementsprechend wird beim Ausführen einer Ausschachtung längs der Grenze des Bereichs, in den ein Eintritt unzulässig ist, die Grabgeschwindigkeit in der Richtung längs der Grenze des Bereichs, in den ein Eintritt unzulässig ist, ebenso verringert, wenn sich das Schaufelende bei einer Betätigung des Arms dem Bereich nähert, in den ein Eintritt unzulässig ist. Daher muß der Bediener jedes Mal, wenn die Grabgeschwindigkeit verringert wird, einen Hebel des Auslegers betätigen, um das Schaufelende von dem Bereich, in den ein Eintritt unzulässig ist, fort zu bewegen, um einen Abfall der Grabgeschwindigkeit zu verhindern. Dadurch wird die Ar beitseffizienz extrem verschlechtert, wenn eine Ausschachtung längs des Bereichs erfolgt, in den ein Eintritt unzulässig ist. Alternativ muß die Ausschachtung zur Steigerung der Arbeitseffizienz in einem Abstand zu dem Bereich ausgeführt werden, in den der Eintritt unzulässig ist, wodurch es unmöglich wird, den vorgegebenen Bereich auszuschachten.
Wenn bei dem in der JP, A, 63-219731 offenbarten Stand der Technik die Betätigungsgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt hoch ist, zu dem sich das Armende über die Arbeitsbegrenzungsposition hinaus bewegt, wird die Strecke, um die sich das Armende über die Arbeitsbegrenzungsposition hinaus bewegt, gesteigert, und das Armende wird abrupt in die Arbeitsbegrenzungsposition zurück bewegt, wodurch ein Stoß verursacht wird. Dadurch kann die Arbeit nicht gleichmäßig ausgeführt werden.
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine zu schaffen, durch das eine Ausschachtung in einem begrenzten Bereich effizient ausgeführt werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine zu schaffen, durch das eine Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs gleichmäßig ausgeführt werden kann.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine zu schaffen, durch das zu einem eine hydraulisch gesteuerte Manipulationseinrichtung umfassenden System die Funktion der effizienten Ausführung einer Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs hinzugefügt wird.
Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine zu schaffen, durch das beim Ausführen einer Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs das Schaufel ende langsam bewegt werden kann, wenn eine hohe Genauigkeit der Endbearbeitung erforderlich ist, und rasch bewegt werden kann, wenn keine hohe Genauigkeit der Endbearbeitung sondern eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich ist.
Eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine zu schaffen, durch das bei der Ausführung einer Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs die Genauigkeit der Steuerung in einer Arbeitsstellung verbessert werden kann, in der ein vorderer Aufbau eine große Reichweite aufweist.
Zur Lösung der vorstehend genannten ersten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine mit mehreren angetriebenen Teilen einschließlich mehrerer vorderer Teile, die einen vorderen Aufbau mit mehreren Gelenken bilden und vertikal beweglich sind, mehreren hydraulischen Stellgliedern zum jeweiligen Antrieb der mehreren angetriebenen Teile, mehreren Manipulationseinrichtungen zum Anweisen einer Betätigung der mehreren angetriebenen Teile und mehreren entsprechend Steuersignalen von den mehreren Manipulationseinrichtungen angetriebenen hydraulischen Steuerventilen zur Steuerung von Strömungsmengen von den mehreren hydraulischen Stellgliedern zugeführtem Hydraulikfluid geschaffen, wobei das System eine Bereichseinstelleinrichtung zum Einstellen eines Bereichs, in dem der vordere Aufbau beweglich ist, eine erste Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Statusvariablen bezüglich der Position und Stellung des vorderen Aufbaus, eine erste Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Position und Stellung des vorderen Aufbaus auf der Grundlage von Signalen von der ersten Erfassungseinrichtung und eine erste Signalveränderungseinrichtung zur derartigen Veränderung der Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen für den vorderen Aufbau auf der Grundlage der Steuersignale von den zu bestimmten vorderen Teilen gehörigen Manipulationseinrichtungen unter den mehreren Manipulationseinrichtungen und der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Werte umfaßt, daß der vordere Aufbau in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird.
Durch eine derartige Modifikation der Steuersignale von diesen Manipulationseinrichtungen für den vorderen Aufbau durch die erste Signalveränderungseinrichtung wird eine Richtungsänderungssteuerung zur Verlangsamung der Bewegung des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs ausgeführt, wodurch eine Bewegung des vorderen Aufbaus längs der Grenze des eingestellten Bereichs ermöglicht wird. Dadurch kann die Ausschachtung in einem begrenzten Bereich effizient implementiert werden.
Zur Lösung der vorstehend genannten zweiten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine geschaffen, das ferner eine zweite Signalveränderungseinrichtung zur derartigen Veränderung der Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen für den vorderen Aufbau auf der Grundlage der Steuersignale von den zu bestimmten vorderen Teilen gehörigen Manipulationseinrichtungen unter den mehreren Manipulationseinrichtungen und der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Werte umfaßt, daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.
Wenn bei einer Annäherung des vorderen Aufbaus an die Grenze des eingestellten Bereichs unter der Richtungsänderungssteuerung die Bewegung des vorderen Aufbaus rasch ist und aufgrund einer Verzögerung der Reaktion der Steuerung und des Trägheitsmoments des vorderen Aufbaus über den eingestellten Bereich hinaus geht, verändert die zweite Signalveränderungseinrichtung die Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen für den vorderen Aufbau derart, daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird. Daher wird der vordere Aufbau derart gesteuert, daß er rasch in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, nachdem er den eingestellten Bereich verlassen hat. Dadurch kann der vordere Aufbau, selbst wenn er rasch bewegt wird, längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann präzise implementiert werden.
Da bei dieser Gelegenheit, wie vorstehend beschrieben, die Bewegung des vorderen Aufbaus bereits durch die Richtungsänderungssteuerung verlangsamt wird, wird auch die Strecke, um die sich das Schaufelende aus dem eingestellten Bereich heraus bewegt, derart verringert, daß der bei der Rückkehr in den eingestellten Bereich auftretende Stoß erheblich abgeschwächt wird. Selbst wenn der vordere Aufbau rasch bewegt wird, kann daher die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs gleichmäßig implementiert werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann problemlos implementiert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine umfaßt die erste Signalveränderungseinrichtung vorzugsweise eine zweite Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsvektors des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Steuersignale von den zu den bestimmten vorderen Teilen gehörigen Manipulationseinrichtungen, eine dritte Berechnungseinrichtung zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Werte und zum derartigen Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors, daß eine Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs beibehalten wird und eine Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, und eine Ventilsteuereinrichtung zum derartigen Antreiben der zugehörigen hydraulischen Steuerventile, daß der vordere Aufbau entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsvektor bewegt wird.
Als Ergebnis der derartigen Veränderung des Sollgeschwindigkeitsvektors durch die dritte Berechnungseinrichtung, daß die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs unverändert bleibt und die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, kann die erste Signalveränderungseinrichtung die Steuersignale von der Manipulationseinrichtung für den vorderen Aufbau wie vorstehend erwähnt verändern.
Vorzugsweise umfaßt die zweite Signalveränderungseinrichtung eine zweite Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Sollgeschwindigkeitsvektors des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Steuersignale von den zu den bestimmten vorderen Teilen gehörigen Manipulationseinrichtungen und eine vierte Berechnungseinrichtung zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Werte und zum derartigen Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors, daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.
Als Ergebnis der derartigen Modifikation des Sollgeschwindigkeitsvektors durch die vierte Berechnungseinrich tung, daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, kann die zweite Signalveränderungseinrichtung die Steuersignale von der Manipulationseinrichtung für den vorderen Aufbau wie vorstehend erwähnt verändern.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine behält die dritte Berechnungseinrichtung den Sollgeschwindigkeitsvektor vorzugsweise unverändert bei, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs, jedoch nicht in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet. Wenn sich bei dieser Anordnung der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs, jedoch nicht in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, kann die Arbeit auf normale Weise implementiert werden.
Vorzugsweise verwendet die dritte Berechnungseinrichtung eine zu der Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente als Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs.
Vorzugsweise verringert die dritte Berechnungseinrichtung die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs derart, daß der Betrag der Verringerung der Vektorkomponente gesteigert wird, wenn ein Abstand zwischen dem vorderen Aufbau und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt. Hierbei verringert die dritte Berechnungseinrichtung vorzugsweise die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs durch Addition eines umgekehrten Geschwindigkeitsvektors, der gesteigert wird, wenn der Abstand zwischen dem vorderen Aufbau und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt, zu der Vektorkomponente. Ebenso stellt die dritte Berechnungseinrichtung vorzugsweise die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvek tors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs auf 0 oder einen kleinen Wert ein, wenn der vordere Aufbau die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht. Die dritte Berechnungseinrichtung kann die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs durch Multiplizieren der Vektorkomponente mit einem Koeffizienten verringern, der nicht größer als 1 ist und allmählich verringert wird, wenn der Abstand zwischen dem vorderen Aufbau und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine modifiziert die vierte Berechnungseinrichtung den Sollgeschwindigkeitsvektor vorzugsweise derart, daß der vordere Aufbau zur Grenze des eingestellten Bereichs zurück bewegt wird, indem die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs beibehalten und die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der zu der Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung in eine Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt wird. Da bei dieser Anordnung die Geschwindigkeitskomponente in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs nicht verringert wird, wenn der vordere Aufbau derart gesteuert wird, daß er in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, kann der vordere Aufbau selbst dann auch längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, wenn er sich außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.
Vorzugsweise verringert die vierte Berechnungseinrichtung die Vektorkomponente in der Richtung zu der Grenze des eingestellten allmählich, wenn ein Abstand zwischen dem vorderen Aufbau und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt. Bei dieser Anordnung weist der Pfad, entlang dem der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie angenähert wird. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Rückführung des vorderen Aufbaus in den eingestellten Bereich.
Vorzugsweise behält die dritte Berechnungseinrichtung den Sollgeschwindigkeitsvektor unverändert bei, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs befindet und der Sollgeschwindigkeitsvektor ein von der Grenze des eingestellten Bereichs weg gerichteter Geschwindigkeitsvektor ist, und verändert den Sollgeschwindigkeitsvektor derart, daß die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs in Abhängigkeit von der Verringerung des Abstands zwischen dem vorderen Aufbau und der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs befindet und der Sollgeschwindigkeitsvektor ein Geschwindigkeitsvektor in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs ist.
Zur Lösung der vorstehend erwähnten dritten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine geschaffen, bei dem zumindest die Manipulationseinrichtungen unter den zu bestimmten vorderen Teilen gehörigen mehreren Manipulationseinrichtungen hydraulische Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen sind und Steuerdrücke als Steuersignale ausgeben und ein Manipulationssystem mit den hydraulischen Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen die entsprechenden hydraulischen Steuerventile antreibt, wobei das Steuersystem ferner eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Eingangsgrößen von den hydraulischen Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen umfaßt, die zweite Berechnungseinrichtung eine Einrichtung zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors des vorderen Aufbaus auf der Grundlage von Signalen von der zweiten Erfassungseinrichtung ist und die Ventilsteuereinrichtung eine fünfte Berechnungseinrichtung zur Berechnung von Sollsteuerdrücken zum Antrieb der entsprechenden hydraulischen Steuerventile auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors und eine Steuereinrichtung zur derartigen Steuerung des Manipulationssystems aufweist, daß die berechneten Sollsteuerdrücke eingestellt werden.
Da der veränderte Sollgeschwindigkeitsvektor in Sollsteuerdrücke umgewandelt wird und das Manipulationssystem derart gesteuert wird, daß die Sollsteuerdrücke eingestellt werden, kann die vorstehend beschriebene Richtungsänderungssteuerung bei einem System mit hydraulischen Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen ausgeführt werden. Daher kann die Funktion der effektiven Implementierung einer Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs zu jedem System mit hydraulischen Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen hinzugefügt werden.
Wenn das hydraulische Antriebssystem einen Ausleger und einen Arm eines hydraulischen Baggers als die bestimmten vorderen Teile umfaßt, werden, selbst wenn nur der Steuerhebel der Manipulationseinrichtung des Arms manipuliert wird, die dem veränderten Sollgeschwindigkeitsvektor entsprechenden Sollsteuerdrücke berechnet, um die hydraulische Vorsteuer- Manipulationseinrichtung wie vorstehend erwähnt zu steuern. Daher können Grabarbeiten längs der Grenze des eingestellten Bereichs unter Verwendung nur des Steuerhebels für den Arm implementiert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine weist das Manipulationssystem vorzugsweise eine erste Steuerleitung zum derartigen Aufbringen eines Steuerdrucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil auf, daß der vordere Aufbau von dem eingestellten Bereich fort bewegt wird, die fünfte Berechnungseinrichtung weist eine Einrichtung zum Berechnen des Sollsteuerdrucks in der ersten Steuerleitung auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors auf und die Steuereinrichtung weist eine Einrichtung zum Ausgeben eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden ersten elektrischen Signals, eine elektrohydraulische Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln des ersten elektrischen Signals in einen Hydraulikdruck und zur Ausgabe eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdrucks und eine Einrichtung zur Auswahl des höheren Drucks zum Auswählen des höheren Drucks aus dem Steuerdruck in der ersten Steuerleitung und dem von der elektrohydraulischen Umwandlungseinrichtung ausgegebenen Steuerdruck und zum Aufbringen des ausgewählten Drucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil auf.
Vorzugsweise weist das Manipulationssystem zweite Steuerleitungen zum derartigen Aufbringen von Steuerdrücken auf die entsprechenden hydraulischen Steuerventile auf, daß der vordere Aufbau zu dem eingestellten Bereich bewegt wird, die fünfte Berechnungseinrichtung weist eine Einrichtung zum Berechnen der Sollsteuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors auf, und die Steuereinrichtung weist eine Einrichtung zum Ausgeben von den Sollsteuerdrücken entsprechenden zweiten elektrischen Signalen und in den zweiten Steuerleitungen angeordnete Druckreduziereinrichtungen auf, die zur Verringerung der Steuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf die Sollsteuerdrücke entsprechend den zweiten elektrischen Signalen betätigt werden.
Vorzugsweise weist das Manipulationssystem eine erste Steuerleitung zum derartigen Aufbringen eines Steuerdrucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil, daß der vordere Aufbau von dem eingestellten Bereich fort bewegt wird, und zweite Steuerleitungen zum derartigen Aufbringen von Steuerdrücken auf die entsprechenden hydraulischen Steuerventile auf, daß der vordere Aufbau zu dem eingestellten Bereich bewegt wird, die fünfte Berechnungseinrichtung weist eine Einrichtung zum Berechnen der Sollsteuerdrücke in den ersten und zweiten Steuerleitungen auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors auf, und die Steuereinrichtung weist eine Einrichtung zum Ausgeben von den Sollsteuerdrücken entsprechenden ersten und zweiten elektrischen Signalen, eine elektrohydraulische Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln des ersten elektrischen Signals in einen Hydraulikdruck und zum Ausgeben eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdrucks, eine Einrichtung zum Auswählen des höheren Drucks aus dem Steuerdruck in der ersten Steuerleitung und dem von der elektrohydraulischen Umwandlungseinrichtung ausgegebenen Steuerdruck und zum Aufbringen des ausgewählten Drucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil und in den zweiten Steuerleitungen angeordnete Druckreduziereinrichtungen auf, die zur Verringerung der Steuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf die Sollsteuerdrücke entsprechend den zweiten elektrischen Signalen betätigt werden.
In diesem Zusammenhang umfassen die bestimmten vorderen Teile vorzugsweise einen Ausleger und einen Arm eines hydraulischen Baggers, und die erste Steuerleitung ist eine Steuerleitung auf der Seite für ein Anheben des Auslegers. Ebenso sind die zweiten Steuerleitungen vorzugsweise Steuerleitungen auf der Seite für ein Senken des Auslegers und ein Anziehen des Arms. Die zweiten Steuerleitungen können Steuerleitungen auf der Seite für ein Senken des Auslegers, ein Anziehen des Arms und Absenken des Arms sein.
Zur Lösung der vorstehend genannten vierten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine geschaffen, das ferner eine Modusschalteinrichtung umfaßt, die zur Auswahl jedes von mehreren Arbeitsmodi einschließlich eines normalen Modus und eines Fertigstellungsmodus geeignet ist, wobei die erste Signalveränderungseinrichtung ein Auswahlsignal von der Modusschalteinrichtung empfängt und die Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen derart verändert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner als im Falle der Auswahl des normalen Modus wird, wenn durch die Modusschalteinrichtung der Fertigstellungsmodus ausgewählt wird.
Durch das Vorsehen der Modusschalteinrichtung und die Veränderung der Steuersignale durch die erste Signalveränderungseinrichtung, wie vorstehend erwähnt, kann die Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend dem über die Modusschalteinrichtung ausgewählten Modus eingestellt werden, wodurch es möglich wird, eine Fertigstellungsarbeit auszuwählen, bei der der Genauigkeit und der Arbeitsgeschwindigkeit großes Gewicht beigemessen wird. Dementsprechend kann der Arbeitsmodus abhängig von der Art der Arbeit wahlweise derart eingestellt werden, daß der vordere Aufbau langsam bewegt wird, wenn ein hoher Grad an Genauigkeit für die Fertigstellung erforderlich ist, und rasch bewegt wird, wenn die Genauigkeit bei der Fertigstellung weniger erforderlich ist, die Arbeitsgeschwindigkeit jedoch wesentlich ist. Dadurch kann die Arbeitseffizienz verbessert werden.
Zur Lösung der vorstehend erwähnten vierten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine geschaffen, bei dem die erste Signalveränderungseinrichtung auf der Grundlage des von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Werts einen Abstand zwischen der Position einer bestimmten Stelle des vorderen Aufbaus und dem Körper einer Baumaschine erkennt und die Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen derart verändert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs ebenfalls verringert wird, wenn der Abstand groß wird.
Durch die vorstehend erwähnte Veränderung der Steuersignale durch die erste Signalveränderungseinrichtung in einer Arbeitsstellung, in der eine Veränderung des Drehwinkels des vorderen Aufbaus in bezug auf die Strecken, um die die hydraulischen Stellglieder für die vorderen Teile ausgefahren oder zusammengezogen werden, groß ist, wie dies der Fall ist, wenn der vordere Aufbau in der Nähe seiner maximalen Reichweite angeordnet ist, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Schaufelendes in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs verringert, und die Genauigkeit der Steuerung wird entsprechend verbessert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, daß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Antriebssystem für das Steuersystem zeigt;
Fig. 2 ist eine Ansicht, die das Aussehen eines hydraulischen Baggers, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, und die Form eines eingestellten Bereichs um den Bagger zeigt;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die Einzelheiten einer hydraulischen Vorsteuer-Steuerhebeleinheit zeigt;
Fig. 4 ist ein funktionales Blockdiagramm, das die Steuerfunktionen einer Steuereinheit zeigt;
Fig. 5 ist eine Ansicht, die ein Koordinatensystem zur Verwendung bei einer Steuerung zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten gemäß dieser Ausführungsform und ein Verfahren zum Einstellen eines Bereichs zeigt;
Fig. 6 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Verändern eines Neigungswinkels;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des bei dieser Ausführungsform eingestellten Bereichs zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Steuerdruck und einer einem Strömungssteuerventil zugeführten Strömungsmenge in einer Einrichtung zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit zeigt;
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Richtungsänderungssteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Abstand Ya vom Schaufelende zur Grenze des eingestellten Bereichs und einem Koeffizienten h in der Richtungsänderungssteuereinheit zeigt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Pfads zeigt, längs dem das Schaufelende bewegt wird, wenn mittels einer Berechnung eine Richtungsänderungssteuerung ausgeführt wird;
Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das weitere, von der Richtungsänderungssteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand Ya und einer Funktion Vcyf in der Richtungsänderungssteuereinheit zeigt;
Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Rückholsteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Pfads zeigt, längs dem das Schaufelende bewegt wird, wenn seine Rückführung mittels einer Berechnung gesteuert wird;
Fig. 16 ist ein Diagramm, das ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Antriebssystem für das Steuersystem zeigt;
Fig. 17 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das Steuerfunktionen einer Steuereinheit zeigt;
Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Richtungsänderungssteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 19 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Abstand Ya vom Schaufelende zur Grenze des eingestellten Bereichs und einem Koeffizienten p in der Richtungsänderungssteuereinheit zeigt;
Fig. 20 ist ein Ablaufdiagramm, das weitere, von der Richtungsänderungssteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 21 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand Ya und einer Funktion Vcyx = F(ya) in der Richtungsänderungssteuereinheit zeigt;
Fig. 22 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Rückholsteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 23 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand Ya und dem Koeffizienten P in der Rückholsteuereinheit zeigt;
Fig. 24 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das Steuerungsfunktionen einer Steuereinheit eines Steuersystems zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 25 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Richtungsänderungssteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 26 ist ein Ablaufdiagramm, das weitere, von der Richtungsänderungssteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 27 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Rückholsteuereinheit ausgeführte Verarbeitungsprozeduren zeigt;
Fig. 28 ist ein Diagramm, daß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Antriebssystem für das Steuersystem zeigt;
Fig. 29 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Steuereinheit ausgeführte Steuerungsprozeduren zeigt;
Fig. 30 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Veränderung von Sollgeschwindigkeitsvektoren in bei der vierten Ausführungsform eingestellten Verlangsamungs- und Rückholbereichen;
Fig. 31 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Abstand von dem Schaufelende zur Grenze des eingestellten Bereichs und einem Verlangsamungsvektor zeigt;
Fig. 32 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Abstand von dem Schaufelende zur Grenze des eingestellten Bereichs und einem Rückführungsvektor zeigt;
Fig. 33 ist ein Diagramm, daß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Bagger zeigt, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 34 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Steuereinheit ausgeführte Steuerprozeduren zeigt;
Fig. 35 ist ein Diagramm, daß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Bagger zeigt, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 36 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Steuereinheit ausgeführte Steuerprozeduren zeigt;
Fig. 37 ist ein Diagramm, daß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Bagger zeigt, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 38 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Steuereinheit ausgeführte Steuerprozeduren zeigt;
Fig. 39 ist ein Diagramm, daß ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Bagger zeigt, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 40 ist ein Ablaufdiagramm, das von einer Steuereinheit ausgeführte Steuerprozeduren zeigt;
Fig. 41 ist eine Draufsicht, die einen seitlich versetzt arbeitenden hydraulischen Bagger, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben zeigt; und
Fig. 42 ist eine Seitenansicht, die einen hydraulischen Bagger mit einem zweiteiligen Ausleger, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei denen diese auf einen hydraulischen Bagger angewendet wird.

Erste Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 15 wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein hydraulischer Bagger, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, eine Hydraulikpumpe 2, mehrere durch Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 2 angetriebene hydraulische Stellglieder einschließlich eines Auslegerzylinders 3a, eines Armzylinders 3b, eines Schaufelzylinders 3c, eines Schwenkmotors 3d und eines linken und eines rechten Verfahrmotors 3e, 3f, mehrere jeweils entsprechend den hydraulischen Stellgliedern 3a bis 3f vorgesehene Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f, mehrere jeweils zwischen der Hydraulikpumpe 2 und den mehreren hydraulischen Stellgliedern 3a bis 3f angeschlossene und entsprechend jeweiligen Steuersignalen (Eingangssignalen) von den Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f gesteuerte Strömungssteuerventile 5a bis 5f zur Steuerung von Strömungsmengen des den hydraulischen Stellgliedern 3a bis 3f zugeführten Hydraulikfluids und ein Entlastungsventil 6, das geöffnet wird, wenn der Druck zwischen der Hydraulikpumpe 2 und den Strömungsventilen 5a bis 5f einen vorab eingestellten Wert übersteigt. Die vorstehend genannten Bauteile bilden gemeinsam ein hydraulisches Antriebssystem zum Antreiben der angetriebenen Teile des hydraulischen Baggers.
Ebenso ist der hydraulische Bagger, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einem vorderen Aufbau 1A mit mehreren Gelenken, der einen Ausleger 1a, einen Arm 1b und eine Schaufel 1c umfaßt, die jeweils vertikal drehbar sind, und einem Körper 1B aufgebaut, der einen oberen Aufbau 1d und ein Fahrgestell 1e umfaßt, wobei das Basisende des Auslegers 1a des vorderen Aufbaus 1A von einem vorderen Abschnitt des oberen Aufbaus 1d gehalten wird. Der Ausleger 1a, der Arm 1b, die Schaufel 1c, der obere Aufbau 1d und das Fahrgestell 1e dienen als jeweils von dem Auslegerzylinder 3a, dem Armzylinder 3b, dem Schaufelzylinder 3c, dem Schwenkmotor 3d und dem linken und dem rechten Verfahrmotor 3e, 3f angetriebene Teile. Die Anweisungen zur Betätigung dieser angetriebenen Teile werden über die Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f erteilt.
Jede der Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f ist eine hydraulische Vorsteuer-Steuerhebeleinheit, die ein entsprechendes der Strömungssteuerventile 5a bis 5f mittels eines Steuerdrucks antreibt. Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt jede der Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f einen von einem Bediener manipulierten Steuerhebel 40 und zwei Druckreduzierventile 41, 42 zur Erzeugung eines Steuerdrucks in Abhängigkeit von dem Grad und der Richtung der Betätigung des Steuerhebels 40. Die Druckreduzierventile 41, 42 sind auf der Seite des Hauptanschlusses an eine Steuerpumpe 43 und auf der Seite des sekundären Anschlusses über Steuerleitungen 44a, 44b; 45a, 45b; 46a, 46b; 47a, 47b; 48a, 48b; 49a, 49b an den entsprechenden der hydraulischen Antriebsabschnitte 50a, 50b; 51a, 51b; 52a, 52b; 53a, 53b; 54a, 54b; 55a, 55b der Strömungssteuerventile angeschlossen.
Auf dem wie vorstehend erläutert aufgebauten hydraulischen Bagger ist ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine gemäß dieser Ausführungsform montiert. Das Steuersystem umfaßt eine Einstelleinrichtung 7 zur Erzeugung einer Anweisung zur Einstellung eines Ausschachtungsbereichs, in dem eine vorgegebene Stelle des vorderen Aufbaus, beispielsweise das Ende der Schaufel 1c, abhängig von der vorab geplanten Arbeit bewegt werden kann, jeweils an Schwenkpunkten des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c angeordnete Winkelsensoren 8a, 8b, 8c zur Erfassung jeweiliger Drehwinkel derselben als Zustandsvariablen bezüglich der Position und Stellung des vorderen Aufbaus 1A, einen Neigungswinkelsensor 8d zur Erfassung eines Neigungswinkels θ des Körpers 1B nach vorne und hinten, in den an die Steuerhebeleinheiten 4a, 4b für den Ausleger und den Arm angeschlossenen Steuerleitungen 44a, 44b; 45a, 45b angeordnete Drucksensoren 60a, 60b; 61a, 61b zur Erfassung jeweiliger, Eingangsgrößen von den Steuerhebeleinheiten 4a, 4b repräsentierender Steuerdrücke, eine Steuereinheit 9 zum Empfangen eines Einstellsignals von der Einstelleinrichtung 7, der Erfassungssignale der Winkelsensoren 8a, 8b, 8c und des Neigungswinkelsensors 8d und der Erfassungssignale der Drucksensoren 60a, 60b; 61a, 61b, zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs, innerhalb dessen das Ende der Schaufel 1c bewegt werden kann, und zur Ausgabe elektrischer Signale zum Ausführen einer Ausschachtungssteuerung innerhalb des begrenzten Bereichs, durch die von der Steuereinheit 9 ausgegebenen elektrischen Signale angetriebene elektromagnetische Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b und ein Wechselventil 12. Das elektromagnetische Proportionalventil 10a ist auf der Seite des primären Anschlusses an die Steuerpumpe 43 und auf der Seite des sekundären Anschlusses an das Wechselventil 12 angeschlossen. Das Wechselventil 12 ist in der Steuerleitung 44a angeordnet, wählt den höheren Druck aus dem Steuerdruck in der Steuerleitung 44a und dem von dem elektromagnetischen Proportionalventil 10a zugeführten Steuerdruck aus und beaufschlagt den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Strömungssteuerventils 5a mit dem ausgewählten Druck. Die elektromagnetischen Proportionalventile 10b, 11a, 11b sind jeweils in den Steuerleitungen 44b, 45a, 45b angeordnet, verringern die Steuerdrücke in den Steuerleitungen entsprechend den jeweils an sie angelegten elektrischen Signalen und geben die verringerten Steuerdrücke aus.
Die Einstelleinrichtung 7 umfaßt eine Manipulationseinrichtung, wie einen auf einer Steuerfläche angeordneten Schalter oder einen Griff, zur Ausgabe eines Einstellsignals an die Steuereinheit 9 zum Erteilen einer Anweisung zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs. Auf der Steuerfläche können weitere geeignete Hilfsmittel, wie eine Anzeige, vorgesehen sein. Die Anweisung zum Einstellen des Ausschachtungsbereichs kann durch jedes weitere geeignete Verfahren, wie unter Verwendung von IC-Karten, durch Barcodes, Laser und drahtlose Kommunikation, erteilt werden.
Die Steuerfunktionen der Steuereinheit 9 sind in Fig. 4 gezeigt. Die Steuereinheit 9 enthält funktionelle Abschnitte in Form einer Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs, einer Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus, einer Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten, einer Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors, einer Richtungsänderungssteuereinheit 9e, einer Einrichtung 9f zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit nach der Veränderung, einer Rückholsteuereinheit 9g, einer Einrichtung 9h zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit nach einer Veränderung, einer Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit, einer Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke und einer Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile.
Die Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs führt entsprechend einer Anweisung von der Einstelleinrichtung 7 eine Berechnung zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs aus, indem das Ende der Schaufel 1c bewegt werden kann. Ein Beispiel einer Methode zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß bei dieser Ausführungsform der Ausschachtungsbereich in einer vertikalen Ebene eingestellt wird.
Gemäß Fig. 5 wird nach einer Bewegung des Endes der Schaufel 1c auf die Position eines Punkts P nach einer Manipulation des vorderen Aufbaus durch den Bediener als Reaktion auf eine Anweisung von der Einstelleinrichtung 7 die Endposition der Schaufel 1c zu diesem Zeitpunkt berechnet, und die Einstelleinrichtung 7 wird dann betätigt, um zur Bestimmung eines in Begriffen der Tiefe einzustellenden Punkts P1* an der Grenze des Ausschachtungsbereichs eine Tiefe h1 von dieser Position einzugeben. Anschließend wird nach einer Bewegung des Endes der Schaufel 1c auf die Position eines Punkts P2 auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben die Endposition der Schaufel 1c zu diesem Zeitpunkt als Reaktion auf eine Anweisung von der Einstelleinrichtung 7 berechnet, und die Einstelleinrichtung 7 wird dann derart betätigt, daß sie eine Tiefe h2 von dieser Position eingibt, um einen in Begriffen der Tiefe einzustellenden Punkt P2* auf der Grenze des Ausschachtungsbereichs zu bestimmen. Dann wird eine die die beiden Punkte P1* und P2* verbindende gerade Linie ausdrückende Formel berechnet und als Grenze des Ausschachtungsbereichs eingestellt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß werden die Positionen der beiden Punkte P1, P2 von der Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus berechnet, und die Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs berechnet die Formel der geraden Linie anhand von Informationen bezüglich der Positionen dieser beiden Punkte.
Die Steuereinheit 9 speichert unterschiedliche Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A und des Körpers 1B, und die Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus berechnet die Positionen der beiden Punkte P1, P2 auf der Grundlage der gespeicherten Daten und der Werte der jeweils von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c erfaßten Drehwinkel α, β, γ. Zu diesem Zeitpunkt werden die Positionen der beiden Punkte P1, P2 beispielsweise als Koordinatenwerte (X1, Y1), (X2, Y2) in dem XY-Koordinatensystem bestimmt, als dessen Ursprung der Drehpunkt des Auslegers 1a definiert ist. Das XY- Koordinatensystem ist ein an dem Körper 1B festgelegtes rechtwinkliges Koordinatensystem, Von dessen Existenz in einer vertikalen Ebene ausgegangen wird. Unter der Voraussetzung, daß der Abstand zwischen dem Drehpunkt des Auslegers 1a und dem Drehpunkt des Arms 1b L1 ist, der Abstand zwischen dem Drehpunkt des Arms 1b und dem Drehpunkt der Schaufel 1c L2 ist und der Abstand zwischen dem Drehpunkt der Schaufel 1c und dem Ende der Schaufel 1c L3 ist, werden die Koordinatenwerte (X1, Y1), (X2, Y2) in dem XY-Koordinatensystem unter Verwendung der folgenden Formeln anhand der Drehwinkel α, β, γ bestimmt.
X = L1 sinα + L2 sin (α + β) + L3 sin (α + β + γ)
y = L1 cosα + L2 cos(α + β) + L3 cos(α + β + γ)
Die Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs bestimmt die Koordinatenwerte der beiden Punkte P1*, P2* auf der Grenze des Ausschachtungsbereichs wie folgt durch Berechnen der Y-Koordinatenwerte.
Y1* = Y1 - h1
Y2* = Y2 - h2
Die die gerade Linie, die die beiden Punkte P1* und P2* verbindet, ausdrückende Formel wird anhand der folgenden Gleichung berechnet.
Y = (Y2* - Y1*)X/(X2 - X1) + (X2Y1* - X1Y2*)/(X2 - X1)
Dann wird ein rechtwinkliges Koordinatensystem eingestellt, dessen Ursprung auf der vorstehend beschriebenen geraden Linie liegt und dessen eine Achse durch die vorstehend beschriebene gerade Linie definiert ist, beispielsweise ein XaYa-Koordinatensystem, als dessen Ursprung der Punkt P2* definiert ist, und es werden Daten für eine Koordinatenumwandlung aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem bestimmt.
Wenn der Körper 1B, wie in Fig. 6 gezeigt, geneigt ist, wird die relative Positionsbeziehung zwischen dem Schaufelende und dem Boden verändert, und die Einstellung des Ausschachtungsbereichs kann nicht korrekt ausgeführt werden. Daher wird bei dieser Ausführungsform von dem Neigungswinkelsensor 8d der Neigungswinkel θ des Körpers 1B erfaßt, und der erfaßte Wert des Winkels θ wird in die Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus eingegeben, die die Endposition der Schaufel in einen XbYb-Koordinatensystem berechnet, das durch Drehen des XY-Koordinatensystems um den Winkel θ erzeugt wird. Dadurch wird selbst bei einer Neigung des Körpers 1B eine korrekte Einstellung des Ausschachtungsbereichs ermöglicht. Es wird darauf hingewiesen, daß der Neigungswinkelsensor nicht immer erforderlich ist, wenn bei einer Neigung des Körpers die Arbeit nach einer Korrektur einer Neigung des Körpers begonnen wird oder wenn die Ausschachtung an einer Arbeitsstelle ausgeführt wird, an der sich der Körper nicht neigt.
Obwohl die Grenze des Ausschachtungsbereichs bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel durch eine einzige gerade Linie eingestellt wird, kann durch Kombinieren mehrerer gerader Linien miteinander ein Ausschachtungsbereich von jeder gewünschten Form in einer vertikalen Ebene eingestellt werden. Fig. 7 zeigt ein Beispiel des zuletzt genannten Falls, bei dem der Ausschachtungsbereich unter Verwendung von drei geraden Linien A1, A2 und A3 eingestellt wird. In diesem Fall kann die Grenze des Ausschachtungsbereichs durch Ausführen der gleichen Operationen und Berechnungen wie vorstehend beschrieben für jede der geraden Linien A1, A2 und A3 eingestellt werden.
Wie vorstehend erläutert, berechnet die Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der verschiedenen Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A und des Körpers 1B, die in einem Speicher der Steuereinheit 9 gespeichert sind, sowie der jeweils von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c erfaßten Werte der Drehwinkel α, β, γ die Position einer vorgegebenen Stelle des vorderen Aufbaus als Koordinatenwerte im XY-Koordinatensystem.
Die Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten empfängt die von den Drucksensoren 60a, 60b, 61a, 61b erfaßten Werte der Steuerdrücke, bestimmt den Strömungssteuerventilen 5a, 5b zugeführte Strömungsmengen und berechnet anhand der bestimmten zugeführten Strömungsmengen Sollgeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b. In dem Speicher der Steuereinheit 9 werden die Beziehungen zwischen Steuerdrücken PBU, PBD, PAC, PAD und Zufuhrmengen VB, VA der Strömungssteuerventile 5a, 5b gespeichert, wie in Fig. 8 dargestellt. Die Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten bestimmt auf der Grundlage der aufgezeichneten Beziehungen die den Strömungssteuerventilen 5a, 5b zuzuführenden Strömungsmengen. Alternativ kann die Sollzylindergeschwindigkeit durch Speichern be rechneter, jeweiligen Steuerdrücken entsprechender Sollzylindergeschwindigkeiten im Speicher der Steuereinheit 9 direkt anhand des Steuerdrucks bestimmt werden.
Die Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors bestimmt anhand der von der Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus bestimmten Position des Schaufelendes, der von der Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten bestimmten Sollzylindergeschwindigkeit und der verschiedenen, im Speicher der Steuereinheit 9 gespeicherten Abmessungen, wie L1, L2 und L3, einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vc am Ende der Schaufel 1c. Zu diesem Zeitpunkt wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc zunächst als Werte in dem in Fig. 5 gezeigten XY-Koordinatensystem und dann durch Umwandeln der Werte in dem XY-Koordinatensystem in Werte in dem XaYa-Koordinatensystem unter Verwendung der vorstehend durch die Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs bestimmten Daten für eine Umwandlung aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem als Werte auf dem XaYa-Koordinatensystem bestimmt. Hierbei repräsentiert ein Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc auf dem XaYa-Koordinatensystem eine Vektorkomponente in der zur Grenze des eingestellten Bereichs parallelen Richtung, und ein Ya-Koordinatenwert Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc in dem XaYa- Koordinatensystem repräsentiert eine Vektorkomponente in der zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung.
Wenn das Ende der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs und nahe der Grenze desselben angeordnet ist und der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc eine Komponente in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs aufweist, verändert die Richtungsänderungssteuereinheit 9e die vertikale Vektorkomponente derart, daß sie allmählich verringert wird, wenn das Schaufelende näher an die Grenze des eingestellten Bereichs gelangt. Anders ausgedrückt wird zu der Vektorkomponente Vcy in der vertikalen Richtung ein Vektor (ein umgekehrter Vektor) addiert, der kleiner als die Komponente Vcy und von dem eingestellten Bereich weg ausgerichtet ist.
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das die von der Richtungsänderungssteuereinheit 9e ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Zunächst wird in einem Schritt 100 bestimmt, ob die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Komponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vx, d. h. der Ya-Koordinatenwert Vcy in dem XaYa-Koordinatensystem, positiv oder negativ ist. Wenn der Ya-Koordinatenwert Vcy positiv ist, bedeutet dies, daß der Geschwindigkeitsvektor derart ausgerichtet ist, daß sich das Schaufelende von der Grenze des eingestellten Bereichs fort bewegt. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 101 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx und der Ya-Koordinatenwert Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc nach der Veränderung unverändert als Vektorkomponenten Vcya, Vcya eingestellt werden. Wenn der Ya-Koordinatenwert Vcy negativ ist, bedeutet dies, daß der Geschwindigkeitsvektor derart ausgerichtet ist, daß sich das Schaufelende näher zur Grenze des eingestellten Bereichs bewegt. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 102 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc zur Richtungsänderungssteuerung unverändert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird und ein durch eine Multiplikation des Ya-Koordinatenwerts Vcy mit einem Koeffizienten h erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird.
Hierbei ist der Koeffizient h, wie in Fig. 10 dargestellt, ein Wert, der 1 wird, wenn der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs größer als ein vorab eingestellter Wert Ya1 ist, bei einer Verringerung des Abstands Ya allmählich kleiner als 1 wird, wenn der Abstand Ya kleiner als der vorab eingestellte Wert Ya1 ist, und 0 wird, wenn der Abstand Ya Null wird, d. h. wenn das Schaufelende die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht. Eine derartige Beziehung zwischen h und Ya ist im Speicher der Steuereinheit 9 gespeichert.
Die von der Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus bestimmte Position des Endes der Schaufel 1c wird von der Richtungsänderungssteuereinheit 9e unter Verwendung der vorab von der Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs berechneten Daten zur Umwandlung aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem in Koordinatenwerte in dem XaYa-Koordinatensystem umgewandelt. Dann wird anhand des umgewandelten Ya-Koordinatenwerts der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs bestimmt, und der Koeffizient h wird auf der Grundlage der Beziehung gemäß Fig. 10 anhand des Abstands Ya bestimmt.
Durch die vorstehend beschriebene Veränderung der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird die vertikale Vektorkomponente Vcy derart verringert, daß der Betrag der Verringerung der vertikalen Vektorkomponente Vcy bei einer Verringerung des Abstands Ya gesteigert wird. Daher wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc in einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca umgewandelt. Hierbei kann der Bereich des Abstands Ya1 zur Grenze des eingestellten Bereichs als Richtungsänderungsbereich oder Verlangsamungsbereich bezeichnet werden.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel des Pfads, entlang dem das Ende der Schaufel 1c bewegt wird, wenn mittels des vorstehend beschriebenen Sollgeschwindigkeitsvektors Vca nach der Veränderung eine Richtungsänderungssteuerung ausgeführt wird. Wird davon ausgegangen, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schräg nach unten ausgerichtet und konstant ist, bleibt seine parallele Komponente Vcx unverändert, und seine vertikale Komponente Vcy wird bei einer Annäherung des Endes der Schaufel 1c an die Grenze des eingestellten Bereichs (d. h. bei einer Verringerung des Abstands Ya) allmählich verringert. Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung ein Resultat sowohl der parallelen als auch der vertikalen Komponenten ist, weist der Pfad die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie sich, wie in Fig. 10 gezeigt, bei der Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie annähert, Ebenso stimmt, wenn davon ausgegangen wird, daß bei Ya = 0 h = 0 gilt, der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung an der Grenze des eingestellten Bereichs mit der parallelen Komponente Vcx überein.
Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel der von der Richtungsänderungssteuereinheit 9e ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Wenn bei diesem Beispiel im Schritt 100 festgestellt wird, daß die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc (d. h. der Ya-Koordinatenwert des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc) negativ ist, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 102A fortgesetzt, in dem anhand der in Fig. 13 dargestellten und im Speicher der Steuereinheit 9 gespeicherten funktionalen Beziehung Vcyf = f(Ya) ein dem Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs entsprechender verlangsamter Ya- Koordinatenwert Vcyf bestimmt wird und dann der kleinere der Ya-Koordinatenwerte Vcyf und Vcy als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß bei einer langsamen Bewegung des Endes der Schaufel 1c die Schaufelgeschwindigkeit selbst dann nicht mehr verringert wird, wenn sich das Schaufelende der Grenze des eingestellten Bereichs nähert, wodurch dem Bediener das Ausführen des Arbeit durch eine Manipulation des Steuerhebels ermöglicht wird.
Obwohl die vertikale Komponente des Sollgeschwindigkeitsvektors am Schaufelende verringert wird, wie vorstehend erläutert, ist es aufgrund von durch Herstellertoleranzen von Steuerventilen und anderen hydraulischen Elementen verursachten Schwankungen, die häufig ein Austreten des Schaufelendes aus dem eingestellten Bereich verursachen, sehr schwierig, die vertikale Vektorkomponente bei einem vertikalen Abstand Ya von 0 auf Null einzustellen. Da bei dieser Ausführungsform jedoch auch die nachstehend beschriebene Rückholsteuerung erfolgt, wird das Schaufelende derart gesteuert, daß es annähernd an der Grenze des eingestellten Bereichs arbeitet. Da die Rückholsteuerung daher kombiniert ausgeführt wird, können die in den Fig. 10 und 11 gezeigten Beziehungen derart eingestellt werden, daß der Koeffizient h bzw. der Ya- Koordinatenwert Vchf nach der Verlangsamung bei einem vertikalen Abstand Ya von 0 ein wenig mehr als Null betragen.
Obwohl die horizontale Komponente (der Xa-Koordinatenwert) des Sollgeschwindigkeitsvektors bei der vorstehend erläuterten Steuerung unverändert bleibt, ist es nicht immer erforderlich, daß er unverändert bleibt. Die horizontale Komponente kann zur Beschleunigung des Schaufelendes gesteigert oder zur Verlangsamung des Schaufelendes verringert werden. Der zuletzt erwähnte Fall wird nachstehend als weitere Ausführungsform beschrieben.
Die Einrichtung 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung berechnet anhand des von der Richtungsänderungssteuereinheit 9e bestimmten Sollgeschwindigkeitsvektors nach der Veränderung die Sollzylindergeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der von der Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors ausgeführten Berechnung.
Wenn in einem Schritt 102 bzw. 102A des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 9 bzw. 12 die Richtungsänderungssteuerung (Verlangsamungssteuerung) ausgeführt wird, werden die Richtungen ausgewählt, in denen der Auslegerzylinder und der Armzylinder betätigt werden müssen, um die Richtungsänderungssteuerung zu erreichen, und die Sollzylindergeschwindigkeiten in den ausgewählten Betätigungsrichtungen werden berechnet. Es erfolgt nun beispielhaft eine Beschreibung eines Anziehens des Arms mit der Absicht des Aufgrabens des Bodens zum Körper (d. h. des Vorgangs des Anziehens des Arms) und der Betätigung des Schaufelendes in der Richtung, in der es durch die kombinierten Vorgänge eines Senkens des Auslegers und eines Absenkens des Arms (d. h. den kombinierten Vorgang des Absenkens des Arms) Druck ausübt.
Beim Vorgang des Anziehens des Arms kann die vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc auf die drei nachstehend genannten Arten verringert werden:
(1) Anheben des Auslegers 1a,
(2) Verlangsamung des Vorgangs des Anziehens des Arms 1b und
(3) Kombinieren der Verfahren (1) und (2).
Bei dem kombinierten Verfahren (3) hängen die Proportionen der beiden Verfahren von der Stellung des vorderen Aufbaus, der horizontalen Vektorkomponente, etc. zu diesem Zeitpunkt ab. Auf jeden Fall werden die Proportionen entsprechend der Steuersoftware bestimmt. Da diese Ausführungsform auch die Rückholsteuerung umfaßt, sind die Verfahren (1) und (3) vorzuziehen, die ein Heben des Auslegers 1a einschließen. Unter Berücksichtigung der Gleichmäßigkeit der Betätigung ist das Verfahren (3) vorzuziehen.
Bei dem kombinierten Vorgang des Absenkens des Arms ist bei einem Absenken des Arms aus einer Position in der Nähe des Körpers (einer nahe gelegenen Position) ein Sollvektor in der Richtung einer Bewegung aus dem eingestellten Bereich gegeben. Zur Verringerung der vertikalen Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc muß daher das Absenken des Arms durch Umschalten des Betriebsmodus des Auslegers von einem Senken des Auslegers auf ein Heben des Auslegers verlangsamt werden. Die Kombination eines Hebens des Auslegers und eines Absenkens des Arms wird ebenfalls entsprechend der Steuersoftware bestimmt.
Wenn das Ende der Schaufel 1c aus dem eingestellten Bereich bewegt wird, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor von der Rückholsteuereinheit 9g abhängig von dem Abstand zur Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert, daß das Schaufelende in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird. Anders ausgedrückt wird ein Vektor (ein umgekehrter Vektor), der größer als die Komponente Vcy und zu dem eingestellten Bereich ausgerichtet ist, zu der Vektorkomponente Vcy in der vertikalen Richtung addiert.
Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm, das die von der Rückholsteuereinheit 9g ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Zunächst wird in einem Schritt 110 bestimmt, ob der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs positiv oder negativ ist. Hierbei wird der Abstand Ya durch Umwandeln der von der Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus bestimmten Position des vorderen Endes in Koordinatenwerte in dem XaYa-Koordinatensystem unter Verwendung der Daten für eine Umwandlung aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem, wie vorstehend beschrieben, und anschließendes Extrahieren des umgewandelten Ya-Koordinatenwerts bestimmt. Wenn der Abstand Ya positiv ist, bedeutet dies, daß sich das Schaufelende noch innerhalb des eingestellten Bereichs befindet. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 111 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx und der Ya-Koordinatenwert Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc jeweils auf 0 eingestellt werden, um die vorstehend erläuterte Richtungsänderungssteuerung vorrangig auszuführen. Wenn der Abstand Ya negativ ist, bedeutet dies, daß sich das Schaufelende über die Grenze des eingestellten Bereichs hinaus bewegt hat. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 112 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc zur Rückholsteuerung unverändert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird und ein durch eine Multiplikation des Ya-Koordinatenwerts mit einem Koeffizienten K erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird. Der Koeffizient K ist ein frei wählbarer Wert, der im Hinblick auf Steuerkennlinien bestimmt wird, und -Kvcy repräsentiert einen Geschwindigkeitsvektor in umgekehrter Richtung, der bei einer Abnahme des Abstands Ya kleiner wird. Im übrigen kann K eine Funktion sein, deren Wert bei einer Verringerung des Abstands Ya verringert wird. In diesem Fall wird -Kvcy in einem höheren Grad als der Abstand Ya verringert.
Durch die vorstehend beschriebene Veränderung der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart in einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca umgewandelt, daß die vertikale Vektorkomponente Vcy bei einer Verringerung des Abstands Ya verkleinert wird.
Fig. 15 zeigt ein Beispiel eines Pfads, entlang dem das Ende der Schaufel 1c bei der Ausführung der Rückholsteuerung durch den vorstehend beschriebenen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung bewegt wird. Wird davon ausgegangen, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schräg nach unten ausgerichtet und konstant ist, bleibt seine parallele Komponente Vcx unverändert, und seine vertikale Komponente wird allmählich verringert, wenn sich das Ende der Schaufel 1c der Grenze des eingestellten Bereichs nähert (d. h. wenn der Abstand Ya abnimmt), da ein Rückholvektor Vcya (= -Kya) proportional zu dem Abstand Ya ist. Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung ein Ergebnis sowohl der parallelen als auch der vertikalen Komponenten ist, weist der Pfad die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie, wie in Fig. 15 dargestellt, bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie annähert wird.
Da das Ende der Schaufel 1c von der Rückholsteuereinheit 9g derart gesteuert wird, daß es in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird, ist ein Rückholbereich außerhalb des eingestellten Bereichs definiert. Bei der Rückholsteuerung wird die Bewegung des Endes der Schaufel 1c zu der Grenze des eingestellten Bereichs ebenfalls verlangsamt, und schließlich wird die Richtung, in der das Ende der Schaufel 1c bewegt wird, in die Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt. In diesem Sinne kann die Rückholsteuerung auch als Richtungsänderungssteuerung bezeichnet werden.
Die Einrichtung 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung berechnet anhand des von der Rückholsteuereinheit 9g bestimmten Sollgeschwindigkeitsvektors nach der Veränderung Sollzylindergeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der von der Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors ausgeführten Berechnung.
Wenn im Schritt 112 des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 14 die Rückholsteuerung ausgeführt wird, werden die Richtungen ausgewählt, in denen der Auslegerzylinder und der Armzylinder betätigt werden müssen, um die Rückholsteuerung zu verwirklichen, und die Sollzylindergeschwindigkeiten in den ausgewählten Betätigungsrichtungen werden berechnet. Da das Schaufelende bei der Rückholsteuerung durch Anheben des Auslegers 1a in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird, ist die Richtung des Hebens des Auslegers 1a stets enthalten. Die Kombination aus dem Heben des Arms und jedes weiteren Modus wird ebenfalls entsprechend der Steuersoftware bestimmt.
Die Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit wählt den größeren Wert (maximalen Wert) aus dem von der Einrichtung 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung bestimmten Wert der Sollzylindergeschwindigkeit und dem von der Einrichtung 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung bestimmten Wert der Sollzylindergeschwindigkeit für die Rückholsteuerung aus und stellt dann den ausgewählten Wert als auszugebende Sollzylindergeschwindigkeit ein.
Wenn hierbei der Abstand Ya zwischen dem Schaufelende und der Grenze des eingestellten Bereichs positiv ist, werden beide Komponenten des Sollgeschwindigkeitsvektors in einem Schritt 111 gemäß Fig. 14 auf 0 eingestellt, und die im Schritt 101 oder 102 gemäß Fig. 9 eingestellten Komponenten des Sollgeschwindigkeitsvektors weisen stets größere Werte auf. Dementsprechend wird die von der Einrichtung 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung bestimmte Sollzylindergeschwindigkeit für die Richtungsänderungssteuerung ausgewählt. Wenn der Abstand Ya und die vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors negativ sind, wird die vertikale Komponente Vcya nach der Veränderung im Schritt 102 gemäß Fig. 9 auf 0 eingestellt, da h = 0 gilt und die im Schritt 112 gemäß Fig. 14 eingestellte vertikale Komponente stets einen größeren Wert aufweist. Dementsprechend wird die von der Einrichtung 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit nach einer Veränderung bestimmte Sollzylindergeschwindigkeit für die Rückholsteuerung ausgewählt. Wenn der Abstand Ya negativ ist und die vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors positiv ist, wird abhängig davon, ob die im Schritt 101 gemäß Fig. 9 ein gestellte vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc oder die im Schritt 112 gemäß Fig. 14 eingestellte vertikale Komponente KYa größer ist, die von der Einrichtung 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung oder die von der Einrichtung 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung bestimmte Sollzylindergeschwindigkeit ausgewählt. Im übrigen kann alternativ die Auswahleinrichtung 9i derart beschaffen sein, daß sie anstelle der Auswahl des maximalen Werts beispielsweise die Summe der beiden Komponenten verwendet.
Die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechnet anhand der jeweiligen von der Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit ausgewählten, auszugebenden Sollzylindergeschwindigkeiten Sollsteuerdrücke für die Steuerleitungen 44a, 44b, 45a, 45b. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der von der Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten ausgeführten Berechnung.
Die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile berechnet anhand der von der Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechneten Sollsteuerdrücke zum Herstellen der Sollsteuerdrücke erforderliche Befehlswerte für die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b. Die Befehlswerte werden von Verstärkern verstärkt und als elektrische Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile ausgegeben.
Wenn im Schritt 102 bzw. 102A des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 9 bzw. 12 die Richtungsänderungssteuerung (die Verlangsamungssteuerung) ausgeführt wird, umfaßt die Steuerung beim Vorgang des Anziehens des Arms, wie vorstehend erläutert, eine Aufwärtsbewegung des Auslegers und eine Verlangsamung der Anziehbewegung des Arms. Die Aufwärtsbewegung des Auslegers wird durch die Ausgabe eines elektrischen Signals an das zu der Steuerleitung 44a für das Heben des Arms gehörige elek tromagnetische Proportionalventil 10a veranlaßt, und die Verlangsamung der Anziehbewegung des Arms wird durch die Ausgabe eines elektrischen Signals an das in der Steuerleitung 45a auf der Seite für das Anziehen des Arms angeordnete elektromagnetische Proportionalventil 11a veranlaßt. Bei der kombinierten Betätigung des Senkens des Auslegers und des Absenkens des Arms wird der Betriebsmodus des Auslegers vom Senken des Auslegers auf das Heben des Auslegers umgeschaltet, und die Absenkbewegung des Arms wird verlangsamt. Das Umschalten vom Senken des Auslegers auf das Heben des Auslegers erfolgt, indem der elektrische Signalausgang an das in der Steuerleitung 44b für das Senken des Auslegers angeordnete elektromagnetische Proportionalventil 10b auf Null gesetzt und ein elektrisches Signal an das elektromagnetische Proportionalventil 10a ausgegeben werden. Die Verlangsamung der Absenkbewegung des Arms erfolgt, indem ein elektrisches Signal an das in der Steuerleitung 45b auf der Seite für das Absenken des Arms angeordnete elektromagnetische Proportionalventil 11b ausgegeben wird. In weiteren Fällen sind die Ausgänge an die elektromagnetischen Proportionalventile 10b, 11a, 11b elektrische Signale, die jeweils den Steuerdrücken in den zugehörigen Steuerleitungen entsprechen, so daß diese Steuerdrücke unverändert zugeführt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung bilden die Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f hydraulische Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen zum Erteilen von Anweisungen bezüglich der Betätigung der mehreren angetriebenen Teile, d. h. des Auslegers 1a, des Arms 1b, der Schaufel 1c, des oberen Aufbaus 1d und des Fahrgestells 1e. Die Einstelleinrichtung 7 und die Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs bilden die Einrichtung zur Bereichseinstellung zum Einstellen eines Bereichs, in dem der vordere Aufbau bewegt werden kann. Die Winkelsensoren 8a bis 8c und der Neigungswinkelsensor 8d bilden eine erste Erfassungseinrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A betreffenden Statusvariablen. Die Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus bildet eine erste Berechnungseinrichtung zur Berechnung der Position und der Stellung des vorderen Aufbaus 1A auf der Grundlage von Signalen von der ersten Erfassungseinrichtung.
Die Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten, die Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors, die Richtungsänderungssteuereinheit 9e, die Einrichtung 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung, die Einrichtung 9i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeiten, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke, die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile und die elektromagnetischen Proportionalventile 10a bis 11b bilden eine erste Signalveränderungseinrichtung zum derartigen Verändern der Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen 4a, 4b für den vorderen Aufbau 1A auf der Grundlage der Steuersignale von denjenigen Manipulationseinrichtungen 4a, 4b unter den mehreren Manipulationseinrichtungen 4a bis 4f, die den bestimmten vorderen Teilen 1a, 1b zugeordnet sind, und der von der ersten Berechnungseinrichtung 9b berechneten Werte, daß der vordere Aufbau 1A in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau 1A innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus 1A in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird.
Die Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten und die Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors bilden eine zweite Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Sollgeschwindigkeitsvektors des vorderen Aufbaus 1A auf der Grundlage der Steuersignale von den zu den bestimmten vorderen Teilen 1a, 1b gehö rigen Manipulationseinrichtungen 4a, 4b. Die Richtungsänderungssteuereinheit 9e bildet eine dritte Berechnungseinrichtung zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Werte und zum derartigen Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, daß die Vektorkomponente Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs unverändert bleibt und die Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau 1A innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet. Die Einrichtungen 9f, 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung, die Einrichtung 9i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeiten, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke, die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile und die elektromagnetischen Proportionalventile 10a bis 11b bilden eine Ventilsteuereinrichtung zum derartigen Antreiben der zugehörigen hydraulischen Steuerventile 5a, 5b, daß der vordere Aufbau 1A entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsvektor Vc bewegt wird.
Die Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten, die Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors, die Rückholsteuereinheit 9g, die Einrichtung 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung, die Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke, die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile und die elektromagnetischen Proportionalventile 10a bis 11b bilden eine zweite Signalveränderungseinrichtung zur derartigen Veränderung der Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen 4a, 4b für den vorderen Aufbau 1A auf der Grundlage der Steuersignale von denjenigen Manipulationseinrichtungen 4a, 4b unter den mehreren Manipulationseinrichtungen 4a bis 4f, die zu den bestimmten vorderen Teilen 1a, 1b gehören, und der von der ersten Berechnungseinrichtung 9b berechneten Werte, daß der vordere Aufbau 1A in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau 1A außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.
Die Einrichtung 9g zur Rückholsteuerung bildet eine vierte Berechnungseinrichtung zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Werte und zum derartigen Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, daß der vordere Aufbau 1A in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau 1A außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.
Die Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f und die Steuerleitungen 44a bis 49b bilden ein Manipulationssystem zum Antreiben der hydraulischen Steuerventile 5a bis 5f. Die Drucksensoren 60a bis 61b bilden eine zweite Erfassungseinrichtung zur Erfassung jeweiliger Eingangsgrößen von der Manipulationseinrichtung für den vorderen Aufbau. Die Einrichtung 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten und die Einrichtung 9d zur Berechnung eines Sollendgeschwindigkeitsvektors, die die zweite Berechnungseinrichtung bilden, sind Einrichtungen zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors des vorderen Aufbaus 1A auf der Grundlage von Signalen von der zweiten Erfassungseinrichtung. Unter den Komponenten, die die Ventilsteuereinrichtung bilden, bilden die Einrichtungen 9f, 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung, die Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit und die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke eine fünfte Berechnungseinrichtung zur Berechnung von Sollsteuerdrücken zum Antreiben der entsprechenden hydraulischen Steuerventile 5a, 5b auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors. Die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile und die elek tromagnetischen Proportionalventile 10a bis 11b bilden eine Steuereinrichtung zur derartigen Steuerung des Manipulationssystems, daß die berechneten Sollsteuerdrücke erzeugt werden.
Die Steuerleitung 44a bildet eine erste Steuerleitung zur derartigen Beaufschlagung des entsprechenden hydraulischen Steuerventils 5a mit einem Steuerdruck, daß der vordere Aufbau 1A von dem eingestellten Bereich fort bewegt wird. Die Einrichtungen 9f, 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung, die Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit und die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke bilden eine Einrichtung zur Berechnung des Sollsteuerdrucks in der ersten Steuerleitung auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors. Die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile bildet eine Einrichtung zur Ausgabe eines diesem Sollsteuerdruck entsprechenden ersten elektrischen Signals. Das elektromagnetische Proportionalventil 10a bildet eine elektrohydraulische Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung des ersten elektrischen Signals in einen Hydraulikdruck und zur Ausgabe eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdrucks. Das Wechselventil 12 bildet eine Einrichtung zur Auswahl des höheren Drucks aus dem Steuerdruck in der ersten Steuerleitung und dem von der elektrohydraulischen Umwandlungseinrichtung ausgegebenen Steuerdruck und zur Beaufschlagung des entsprechenden hydraulischen Steuerventils 5a mit dem ausgewählten Druck.
Die Steuerleitungen 44b, 45a, 45b bilden zweite Steuerleitungen zur derartigen Beaufschlagung der entsprechenden hydraulischen Steuerventile 5a, 5b mit Steuerdrücken, daß der vordere Aufbau 1A zu dem eingestellten Bereich bewegt wird. Die Einrichtungen 9f, 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach einer Veränderung, die Einrichtung 9i zur Auswahl einer Sollzylindergeschwindigkeit und die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke bilden eine Einrichtung zur Berechnung der Sollsteuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors. Die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile bildet eine Einrichtung zur Ausgabe von den Sollsteuerdrücken entsprechenden zweiten elektrischen Signalen. Die elektromagnetischen Proportionalventile 10b, 11a, 11b bilden eine in den zweiten Steuerleitungen angeordnete und entsprechend den zweiten elektrischen Signalen betätigte Druckreduziereinrichtung zur Verringerung der Steuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf die Sollsteuerdrücke.
Die Funktionsweise dieser Ausführungsform mit dem vorstehend erläuterten Aufbau wird nachstehend beschrieben. Die folgende Beschreibung erfolgt beispielhaft anhand des Vorgangs des Anziehens des Arms mit der Absicht des Aufgrabens des Bodens zum Körper (d. h. des Vorgangs des Anziehens des Arms) und des Vorgangs der Betätigung des Schaufelendes in der Richtung, in der Druck ausgeübt wird, durch den kombinierten Vorgang des Senkens des Auslegers und des Absenkens des Arms (d. h. den kombinierten Vorgang des Absenkens des Arms).
Wenn der Arm in der Absicht angezogen wird, den Boden zum Körper aufzugraben, gelangt das Ende der Schaufel 1c allmählich näher an die Grenze des eingestellten Bereichs. Wenn der Abstand zwischen dem Schaufelende und der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner als Ya1 wird, führt die Richtungsänderungssteuereinheit 9e eine Veränderung durch, um die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc am Schaufelende in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs (d. h. die zur Grenze vertikale Vektorkomponente) zu verringern, wodurch eine Richtungsänderungssteuerung (Verlangsamungssteuerung) für das Schaufelende ausgeführt wird. Wenn die Software derart beschaffen ist, daß die Richtungsänderungssteuerung von der Einrichtung 9f zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit nach einer Veränderung durch eine Kombination aus einer Aufwärtsbewegung des Auslegers und einer Verlangsamung der Anziehbewegung des Arms ausgeführt wird, berechnet die Berechnungseinrichtung 9f zu diesem Zeitpunkt eine Zylindergeschwindigkeit in der Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 3a und eine Zylindergeschwindigkeit in der Ausfahrrichtung des Armzylinders 3b, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechnet einen Sollsteuerdruck in der Steuerleitung 44a auf der Seite für das Anheben des Auslegers und einen Sollsteuerdruck in der Steuerleitung 45a auf der Seite für das Anziehen des Arms, und die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt elektrische Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 11a aus. Daher gibt das elektromagnetische Proportionalventil 10a einen dem von der Berechnungseinrichtung 9j berechneten Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdruck aus, und der Steuerdruck wird von dem Wechselventil 12 ausgewählt und auf den auf der Seite für ein Heben des Auslegers angeordneten hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Strömungssteuerventils 5a des Auslegers aufgebracht. Andererseits verringert das elektromagnetische Proportionalventil 11a den Steuerdruck in der Steuerleitung 45a entsprechend dem elektrischen Signal auf den von der Berechnungseinrichtung 9j berechneten Sollsteuerdruck und bringt den verringerten Steuerdruck auf den auf der Seite für das Anziehen des Arms angeordneten hydraulischen Antriebsabschnitt 51 des Strömungssteuerventils 5b des Arms auf. Durch eine derartige Betätigung der elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 11a wird die Bewegung des Schaufelendes in der zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung so gesteuert, daß sie verlangsamt wird, die Geschwindigkeitskomponente in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs wird jedoch nicht verringert. Dementsprechend kann das Ende der Schaufel 1c längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, wie in Fig. 11 dargestellt. Es ist daher möglich, eine Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, in dem das Ende der Schaufel 1c bewegt werden kann, effizient auszuführen.
Ist die Bewegung des vorderen Aufbaus 1A rasch, wenn das Ende der Schaufel 1c derart gesteuert wird, daß es in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs und innerhalb desselben, wie vorstehend beschrieben, verlangsamt wird, kann sich das Ende der Schaufel 1c aufgrund einer Verzögerung der Reaktion der Steuerung und des Trägheitsmoments des vorderen Aufbaus 1A in gewissem Maße aus dem eingestellten Bereich bewegen. Bei dieser Ausführungsform implementiert die Rückholsteuereinheit 9g beim Eintreten eines derartigen Ereignisses die Rückholsteuerung durch derartiges Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, daß das Ende der Schaufel 1c in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird. Wenn die Software derart beschaffen ist, daß die Rückholsteuerung von der Einrichtung 9h zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit nach einer Veränderung durch eine Kombination einer Aufwärtsbewegung des Auslegers und einer Verlangsamung einer Anziehbewegung des Arms ausgeführt wird, wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel der Richtungsänderungssteuerung, berechnet die Berechnungseinrichtung 9h zu diesem Zeitpunkt eine Zylindergeschwindigkeit in der Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 3a und eine Zylindergeschwindigkeit in der Ausfahrrichtung des Arms 3b, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechnet einen Sollsteuerdruck in der auf der Seite für ein Heben des Auslegers vorgesehenen Steuerleitung 44a und einen Sollsteuerdruck in der auf der Seite für ein Anziehen des Arms vorgesehenen Steuerleitung 45a, und die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt elektrische Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 11a aus. Dadurch werden die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 11a, wie vorstehend beschrieben, derart betätigt, daß das Schaufelende so gesteuert wird, daß es rasch in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wodurch das Ausführen einer Ausschachtung an der Grenze des eingestellten Bereichs ermöglicht wird. Daher kann das Schaufelende selbst bei einer raschen Bewegung des vorderen Aufbaus 1A längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann präzise implementiert werden.
Da bei der Rückholsteuerung die Bewegung des Schaufelendes, wie vorstehend erläutert, durch die Richtungsänderungssteuerung bereits verlangsamt wird, wird auch die Strecke, um die sich das Schaufelende aus dem eingestellten Bereich bewegt, derart verringert, daß der bei der Rückführung in den eingestellten Bereich auftretende Stoß erheblich abgeschwächt wird. Selbst wenn der vordere Aufbau 1A rasch bewegt wird, kann daher das Ende der Schaufel 1c gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann gleichmäßig implementiert werden.
Da ferner bei der Rückholsteuerung gemäß dieser Ausführungsform die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc derart verändert wird, daß die Geschwindigkeitskomponente in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs unverändert beibehalten wird, kann das Ende der Schaufel 1c auch außerhalb des eingestellten Bereichs gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden. Da in diesem Zusammenhang die Vektorkomponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert wird, daß sie bei einer Verringerung des Abstands Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner wird, weist der Pfad, längs dem das Schaufelende bei der Rückholsteuerung auf der Grundlage des Sollgeschwindigkeitsvektors Vca nach der Veränderung bewegt wird, die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie sich, wie in Fig. 15 dargestellt, bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie annähert. Dadurch wird eine gleichmäßigere Rückführung des Schaufelendes in den eingestellten Bereich ermöglicht.
Beim Ausführen von Grabarbeiten bei einer Bewegung des Schaufelendes längs einem vorgegebenen Pfad, beispielsweise der Grenze des eingestellten Bereichs, ist es normalerweise erforderlich, daß der Bediener die Bewegung des Schaufelendes bei dem hydraulischen Vorsteuersystem durch Manipulieren von mindestens zwei Steuerhebeln, nämlich der Steuerhebeleinheit 4a für den Ausleger und der Steuerhebeleinheit 4b für den Arm, steuert. Bei dieser Ausführungsform kann der Bediener selbstverständlich die Steuerhebeleinheiten 4a, 4b sowohl für den Ausleger als auch für den Arm gleichzeitig betätigen; wenn der Bediener jedoch nur den Steuerhebel für den Arm betätigt, werden die Zylindergeschwindigkeiten der für die Richtungsänderungssteuerung oder die Rückholsteuerung erforderlichen Hydraulikzylinder, wie vorstehend erläutert, von der Berechnungseinheit 9f oder 9h berechnet, wodurch sich das Schaufelende längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt. Dementsprechend können Grabarbeiten längs der Grenze des eingestellten Bereichs durch Betätigen nur des Steuerhebels für den Arm implementiert werden.
Bei Grabarbeiten längs der Grenze des eingestellten Bereichs ist es häufig erforderlich, den Ausleger manuell anzuheben, wenn viel Erde in die Schaufel 1c gelangt ist, sich ein Hindernis im Bewegungspfad des Schaufelendes befindet oder ein Grabwiderstand verringert werden muß, weil der vordere Aufbau aufgrund eines großen Grabwiderstands kippt. In diesem Fall kann der Ausleger durch Betätigen der Steuerhebeleinheit 4a für den Ausleger in der Heberichtung des Auslegers angehoben werden. Genauer wird durch eine derartige Betätigung ein Steuerdruck in der auf der Seite zum Heben des Auslegers angeordneten Steuerleitung 44a erzeugt, und wenn der Steuerdruck den von dem elektromagnetischen Proportionalventil 10a erzeugten Steuerdruck übersteigt, wird von dem Wechselventil 12 der Steuerdruck ausgewählt, um den Ausleger zu heben.
Wenn der Arm bei der kombinierten Betätigung des Senkens des Auslegers und des Absenkens des Arms zum Bewegen des Schaufelendes in der Richtung zu dessen Ablage aus der Position nahe dem Körper (der nahegelegenen Position) abgesenkt wird, ist ein Sollvektor in einer Richtung aus dem eingestellten Bereich heraus gegeben. Wenn der Abstand zwischen dem Schaufelende und der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner als Ya1 wird, verändert die Richtungsänderungssteuereinheit 9e auch in diesem Fall den Sollgeschwindigkeitsvektor Vc auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben, um die Richtungsänderungssteuerung (die Verlangsamungssteuerung) für das Schaufelende auszuführen. Wenn die Software derart beschaffen ist, daß die Richtungsänderungssteuerung durch eine Kombination einer Aufwärtsbewegung des Auslegers und einer Verlangsamung einer Absenkbewegung des Arms durch die Einrichtung 9f zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit nach einer Veränderung ausgeführt wird, berechnet die Berechnungseinrichtung 9f zu diesem Zeitpunkt eine Zylindergeschwindigkeit in der Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 3a und eine Zylindergeschwindigkeit in der Kontraktionsrichtung des Armzylinders 3b, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechnet einen Sollsteuerdruck in der auf der Seite zum Heben des Auslegers angeordneten Steuerleitung 44a und einen Sollsteuerdruck in einer auf der Seite zum Absenken des Arms angeordneten Steuerleitung 45b, wobei der Sollsteuerdruck in der auf der Seite zum Senken des Auslegers angeordneten Steuerleitung 44b auf Null eingestellt wird, und die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt elektrische Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 11b aus. Daher verringert das elektroma gnetische Proportionalventil 10b den Steuerdruck in der Steuerleitung 44b auf 0, das elektromagnetische Proportionalventil 44a gibt einen dem Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdruck als Steuerdruck in der Steuerleitung 44a aus, und das elektromagnetische Proportionalventil 11b verringert den Steuerdruck in der Steuerleitung 45b auf den Sollsteuerdruck. Bei einer derartigen Betätigung der elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 11a, 11b erfolgt die Richtungsänderungssteuerung wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel des Vorgangs des Anziehens des Arms. Es ist daher möglich, das Ende der Schaufel 1c rasch längs der Grenze des eingestellten Bereichs zu bewegen und eine Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, in dem das Ende der Schaufel 1c bewegt werden kann, effizient auszuführen.
Wenn sich das Ende der Schaufel 1c in einem gewissen Ausmaß aus dem eingestellten Bereich bewegen kann, implementiert die Rückholsteuereinheit 9g durch Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc die Rückholsteuerung. Wenn die Software derart beschaffen ist, daß die Rückholsteuerung durch eine Kombination einer Aufwärtsbewegung des Auslegers und einer Verlangsamung der Absenkbewegung des Arms durch die Einrichtung 9h zur Berechnung einer Sollzylindergeschwindigkeit nach einer Veränderung ausgeführt wird, wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel der Richtungsänderungssteuerung, berechnet die Berechnungseinrichtung 9h zu diesem Zeitpunkt eine Zylindergeschwindigkeit in der Ausfahrrichtung des Auslegerzylinders 3a und eine Zylindergeschwindigkeit in der Kontraktionsrichtung des Armzylinders 3b, die Einrichtung 9j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechnet einen Sollsteuerdruck in der auf der Seite zum Heben des Auslegers angeordneten Steuerleitung 44a und einen Sollsteuerdruck in der auf der Seite zum Absenken des Arms angeordneten Steuerleitung 45b, und die Einrichtung 9k zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt elektrische Signale an die elektromagneti schen Proportionalventile 10a, 11b aus. Dadurch wird das Schaufelende derart gesteuert, daß es rasch in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wodurch ein Ausschachten auf der Grenze des eingestellten Bereichs ermöglicht wird. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel des Vorgangs des Anziehens des Arms kann daher das Schaufelende selbst bei einer raschen Bewegung des vorderen Aufbaus 1A gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzen Bereichs kann gleichmäßig und präzise implementiert werden.
Ferner kann bei einer Betätigung des Steuerhebels zum Heben des Auslegers während des Steuerprozesses der Ausleger wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel des Vorgangs des Anziehens des Arms aufwärts bewegt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc nicht verändert, wenn das Ende der Schaufel 1c von der Grenze des eingestellten Bereichs entfernt ist, und die Arbeit kann auf normale Weise implementiert werden. Wenn sich das Ende der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs der Grenze desselben nähert, erfolgt eine derartige Richtungsänderungssteuerung, daß das Ende der Schaufel 1c längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden kann. Es ist daher möglich, eine Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, innerhalb dessen das Ende der Schaufel 1c bewegt werden kann, effizient auszuführen.
Wenn die Bewegung des vorderen Aufbaus 1A rasch ist und sich das Ende der Schaufel 1c aus dem eingestellten Bereich bewegt, kann das Schaufelende präzise längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, da zur derartigen Steuerung des Endes der Schaufel 1c, daß es rasch in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, die Rückholsteuerung erfolgt, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann präzise implementiert werden.
Da vor dem Beginn der Rückholsteuerung die Richtungsänderungssteuerung (Verlangsamungssteuerung) erfolgt, wird der bei der Rückführung in den eingestellten Bereich auftretende Stoß erheblich abgeschwächt. Daher kann das Ende der Schaufel 1c selbst bei einer raschen Bewegung des vorderen Aufbaus 1A gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann gleichmäßig implementiert werden.
Da ferner die Geschwindigkeitskomponente in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs bei der Rückholsteuerung nicht verringert wird, kann das Ende der Schaufel 1c auch außerhalb des eingestellten Bereichs gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden. Da zudem die Vektorkomponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert wird, daß sie bei einer Verringerung des Abstands Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner wird, kann das Schaufelende gleichmäßiger in den eingestellten Bereich zurück bewegt werden.
Dadurch, daß eine gleichmäßige Bewegung des Endes der Schaufel 1c längs der Grenze des eingestellten Bereichs ermöglicht wird, ist es durch eine derartige Betätigung der Schaufel 1c, daß sie sich zu dem Körper bewegt, möglich, eine Ausschachtung wie bei einer Pfadsteuerung längs der Grenze des eingestellten Bereichs zu implementieren.
Da die Richtungsänderungssteuerung und die Rückholsteuerung durch den Einbau der elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b und des Wechselventils 12 in die Steuerleitungen 44a, 44b, 45a, 45b und Steuern der Steuerdrücke ausgeführt werden, kann die Funktion der effizienten Implementation der Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs leicht zu jedem System hinzugefügt werden, das die hydraulischen Vorsteuer-Steuerhebeleinheiten 4a, 4b aufweist.
Zudem können bei einem hydraulischen Bagger mit den hydraulischen Vorsteuer-Steuerhebeleinheiten 4a, 4b Grabarbeiten längs der Grenze des eingestellten Bereichs durch Betätigen nur des Steuerhebels für den Arm implementiert werden.

Zweite Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 16 bis 23 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform ist zum Umschalten eines Arbeitsmodus gedacht, so daß das Schaufelende langsam bewegt werden kann, wenn ein hoher Grad an Fertigstellungsgenauigkeit erforderlich ist. In den Fig. 16 und 17 sind mit den in Fig. 1 und 4 gezeigten identische Elemente und Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß Fig. 16 umfaßt ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich zu dem Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform einen Modusschalter 20 zur Auswahl eines Arbeitsmodus. Es sind zwei Arbeitsmodi vorgesehen, nämlich ein normaler Arbeitsmodus, der für die normale Arbeit ausgewählt wird, und ein Fertigstellungsmodus, der ausgewählt wird, wenn die Arbeit einen hohen Grad an Fertigstellungsgenauigkeit erfordert. Jeder der beiden Modi kann von dem Bediener durch Betätigen des Modusschalters 20 ausgewählt werden. Ein Auswahlsignal von dem Modusschalter 20 wird in eine Steuereinheit 9A eingegeben.
Wie in Fig. 17 gezeigt, verändert die Steuereinheit 9A den Sollgeschwindigkeitsvektor unter Verwendung des Auswahlsignals von dem Modusschalter 20 sowie durch eine Richtungsänderungssteuereinheit 9eA und eine Rückholsteuereinheit 9gA.
Wenn das Ende der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe von dessen Grenze angeordnet ist und der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc eine Komponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs aufweist, führt die Richtungsänderungssteuereinheit 9eA eine derartige Veränderung durch, daß die vertikale Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors bei einer Annäherung des Schaufelendes an die Grenze des eingestellten Bereichs allmählich verringert wird und daß bei der Auswahl des Fertigstellungsmodus über den Auswahlschalter 20 die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner als bei der Auswahl des normalen Modus wird.
Fig. 18 ist ein Ablaufdiagramm, das die von der Richtungsänderungssteuereinheit 9eA ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Zunächst wird in einem Schritt 120 bestimmt, ob die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Komponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, d. h. der Ya-Koordinatenwert Vcy in dem XaYa-Koordinatensystem, positiv oder negativ ist. Wenn der Ya-Koordinatenwert Vcy positiv ist, bedeutet dies, daß der Geschwindigkeitsvektor derart ausgerichtet ist, daß sich das Schaufelende von der Grenze des eingestellten Bereichs fort bewegt. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 121 fortgesetzt, in dem der Ya-Koordinatenwert Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc unverändert als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird. Wenn der Ya-Koordinatenwert Vcy negativ ist, bedeutet dies, daß der Geschwindigkeitsvektor derart ausgerichtet ist, daß sich das Schaufelende näher zur Grenze des eingestellten Bereichs bewegt. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 122 fortgesetzt, in dem, wie bei der ersten Ausführungsform, zur Richtungsänderungssteuerung ein durch eine Multiplikation des Ya-Koordinatenwerts Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc mit dem Koeffizienten h erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird.
Dann wird in einem Schritt 123 bestimmt, ob über den Modusschalter 20 der normale Modus ausgewählt wurde oder nicht. Wenn der normale Modus ausgewählt wurde, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 124 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc unverändert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird. Wenn nicht der normale Modus ausgewählt wurde, bedeutet dies, daß der Fertigstellungsmodus ausgewählt wurde, und daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 125 fortgesetzt, in dem zur Fertigstellungssteuerung ein durch eine Multiplikation des Xa-Koordinatenwerts Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc mit einem Koeffizienten p erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird.
Hierbei ist, wie in Fig. 19 dargestellt, der Koeffizient p ein Wert, der 1 beträgt, wenn der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs größer als der vorab eingestellte Wert Ya1 ist, der bei einer Verringerung des Abstands Ya allmählich kleiner als 1 wird, wenn Ya kleiner als der vorab eingestellte Wert Ya1 ist, und der einen vorgegebenen Wert α annimmt, der kleiner als 1 ist, wenn der Abstand Ya Null wird, d. h. wenn das Schaufelende die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht. Eine derartige Beziehung zwischen p und Ya wird in einem Speicher der Steuereinheit 9A gespeichert.
Die von der Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus bestimmte Position des Endes der Schaufel 1c wird von der Richtungsänderungssteuereinheit 9eA unter Verwendung der zuvor von der Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs berechneten Daten für eine Umwandlung aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordina tensystem in Koordinatenwerte in dem XaYa-Koordinatensystem umgewandelt. Dann wird anhand des umgewandelten Ya-Koordinatenwerts der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs bestimmt, und der Koeffizient p wird auf der Grundlage der Beziehung gemäß Fig. 19 anhand des Abstands Ya bestimmt.
Wenn der Fertigstellungsmodus ausgewählt wurde, wird daher, wie vorstehend beschrieben, durch Verändern nicht nur der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc sondern auch seiner parallelen Vektorkomponente Vcx auch die Bewegung des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs abhängig von dem Abstand Ya verlangsamt. Daher kann das Schaufelende langsam längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Fertigstellungsarbeit kann mit hoher Genauigkeit implementiert werden. Ebenso ist, unabhängig davon, ob sich das Schaufelende zu der Grenze des eingestellten Bereichs oder von dieser fort bewegt, eine Geschwindigkeitsänderung des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs klein, wenn der Ausleger bei der kombinierten Betätigung des Auslegers und des Arms in einer der vertikalen Richtungen, d. h. nach oben oder nach unten, bewegt wird, da die vertikale Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektor stets verringert wird. Dadurch wird die Bedienbarkeit erheblich verbessert.
Fig. 20 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel der von der Richtungsänderungssteuereinheit 9eA ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Wenn bei diesem Beispiel im Schritt 120 festgestellt wird, daß die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc (d. h. der Ya-Koordinatenwert des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc) negativ ist, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 122A fortgesetzt, in dem, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform im Schritt 102A gemäß Fig. 12, der kleinere Wert unter Vcy und f(Ya) als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird.
Ferner wird, wenn in einem Schritt 123 bestimmt wird, daß über den Modusschalter 20 nicht der normale Modus ausgewählt wurde, die Steuerprozedur mit einem Schritt 125A fortgesetzt, in dem anhand der in Fig. 21 dargestellten, im Speicher der Steuereinheit 9A gespeicherten funktionellen Beziehung Vcxf = g(Ya) ein dem Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs entsprechender verlangsamter Xa-Koordinatenwert Vcxf bestimmt und dann der kleinere der Xa-Koordinatenwerte Vcxf und Vcx als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Schaufelgeschwindigkeit bei einer langsamen Bewegung des Endes der Schaufel 1c selbst dann nicht mehr verringert wird, wenn sich das Schaufelende der Grenze des eingestellten Bereichs nähert, wodurch dem Bediener das Ausführen der Arbeit durch eine Betätigung des Steuerhebels ermöglicht wird.
Wenn das Ende der Schaufel 1c aus dem eingestellten Bereich bewegt wird, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor von der Rückholsteuereinheit 9gA abhängig vom Abstand von der Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert, daß das Schaufelende in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, und wenn der Modusschalter 20 betätigt wird, um den Fertigstellungsmodus auszuwählen, wird die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert, daß sie kleiner als bei der Auswahl des normalen Modus ist.
Fig. 22 ist ein Ablaufdiagramm, das die von der Rückholsteuereinheit 9gA ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Zunächst wird in einem Schritt 130 bestimmt, ob der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs positiv oder negativ ist. Wenn der Abstand Ya positiv ist, bedeutet dies, daß sich das Schaufelende noch innerhalb des eingestellten Bereichs befindet. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 131 fortgesetzt, in dem der Ya-Koordinatenwert Vcya des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc zur vorrangigen Ausführung der vorstehend erläuterten Richtungsänderungssteuerung auf 0 eingestellt wird. Wenn der Abstand Ya negativ ist, bedeutet dies, daß das Schaufelende über die Grenze des eingestellten Bereichs hinaus bewegt wurde. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 132 fortgesetzt, in dem, wie bei der ersten Ausführungsform, zur Rückholsteuerung ein durch eine Multiplikation des Abstands Ya zwischen dem Schaufelende und der Grenze des eingestellten Bereichs mit dem Koeffizienten -K erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird.
Dann wird in einem Schritt 133 bestimmt, ob über den Modusschalter 20 der normale Modus ausgewählt wurde oder nicht. Wenn der normale Modus ausgewählt wurde, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 134 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcxa des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc zur vorrangigen Ausführung der Richtungsänderungssteuerung auf 0 eingestellt wird. Wenn nicht der normale Modus ausgewählt wurde, bedeutet dies, daß der Fertigstellungsmodus ausgewählt wurde, und daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 135 fortgesetzt, in dem ein durch eine Multiplikation des Xa-Koordinatenwerts Vcx mit einem Koeffizienten P erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird.
Hierbei kann der Koeffizient P eine Konstante sein, die nicht größer als 1 ist, er ist jedoch, wie in Fig. 23 dargestellt, vorzugsweise ein Wert, der 1 beträgt, wenn der Abstand Ya zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs größer als ein vorab eingestellter Wert Ya2 ist, bei einer Abnahme des Abstands Ya allmählich kleiner als 1 wird, wenn der Abstand Ya kleiner als der vorab eingestellte Wert Ya2 ist, und der einen vorgegebenen Wert α annimmt, der kleiner als 1 ist, wenn der Abstand Ya Null wird, d. h. wenn das Schaufelende die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht. Eine derartige Beziehung zwischen P und Ya wird im Speicher der Steuereinheit 9A gespeichert.
Wenn der Fertigstellungsmodus ausgewählt wurde, wird daher auch bei der Rückholsteuerung durch Verändern nicht nur der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, sondern auch seiner parallelen Vektorkomponente Vcx, wie vorstehend beschrieben, auch die Bewegung des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs abhängig von dem Abstand Ya verlangsamt. Daher kann das Schaufelende langsam längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Fertigstellungsarbeit kann mit hoher Genauigkeit implementiert werden.
Da bei dieser Ausführungsform die Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend dem über den Modusschalter 20 ausgewählten Modus eingestellt werden kann, ist es möglich, eine Fertigstellungsarbeit auszuwählen, bei der der Genauigkeit und der Arbeitsgeschwindigkeit großes Gewicht eingeräumt wird. Dementsprechend kann der Arbeitsmodus abhängig von der Art der Arbeit wahlweise derart eingestellt werden, daß das Schaufelende langsam bewegt wird, wenn ein hoher Grad an Fertigstellungsgenauigkeit erforderlich ist, und daß es rasch bewegt wird, wenn keine so hohe Fertigstellungsgenauigkeit erforderlich ist, die Arbeitsgeschwindigkeit jedoch wesentlich ist. Dadurch kann die Arbeitseffizienz verbessert werden.

Dritte Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 27 wird ein dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform dient der Verbesserung der Genauigkeit der Steuerung in einer Arbeitsstellung, in der der vordere Aufbau eine große Reichweite aufweist. In Fig. 24 sind mit den in Fig. 4 gezeigten identische Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Hardwarekonfiguration eines Steuersystems zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten gemäß dieser Ausführungsform stimmt mit der der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform überein. Eine Richtungsänderungssteuereinheit 9eB und eine Rückholsteuereinheit 9gb einer in Fig. 24 dargestellten Steuereinheit 9B haben andere Funktionen als die gemäß der ersten Ausführungsform.
Wenn das Ende der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe von dessen Grenze angeordnet ist und der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc eine Komponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs aufweist, nimmt die Richtungsänderungssteuereinheit 9eB eine derartige Veränderung vor, daß die vertikale Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors bei einer Annäherung des Schaufelendes an die Grenze des eingestellten Bereichs allmählich verringert wird und daß, wenn der Abstand zwischen einer bestimmte Stelle des vorderen Aufbaus, beispielsweise dem Schaufelende, und dem Körper groß wird, die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs ebenfalls verringert wird.
Fig. 25 ist ein Ablaufdiagramm, das die von der Richtungsänderungssteuereinheit 9eB ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Wie aus einem Vergleich von Fig. 25 und Fig. 18 hervorgeht, unterscheidet sich nur der Schritt 123A von dem Ablaufdiagramm für die zweite Ausführungsform, und die anderen Schritte stimmen alle mit denen gemäß der zweiten Ausführungsform überein. Im Schritt 123A wird bestimmt, ob eine Position X des Schaufelendes in der X-Richtung des XY-Koordinatensystems (siehe Fig. 5) kleiner als ein vorgegebener Wert Xo ist oder nicht. Wenn X < Xo gilt, bedeutet dies, daß sich der vordere Aufbau in einer Arbeitsstellung befindet, in der die Reichweite nach vorne nicht groß ist. Daher wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 124 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc unverändert als Vektorkomponente Vcya nach der Veränderung eingestellt wird. Wenn die Position X den vorgegebenen Wert X übersteigt (wenn X > Xo gilt), bedeutet dies, daß sich der vordere Aufbau in einer Arbeitsstellung befindet, in der die vordere Reichweite groß ist. Daher wird die Steuerung mit dem Schritt 125 fortgesetzt, in dem zur Verbesserung der Arbeitsgenauigkeit ein durch eine Multiplikation des Xa-Koordinatenwerts Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc mit einem Koeffizienten p erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird. Hierbei stimmt die Komponente p mit der in Fig. 19 für die zweite Ausführungsform dargestellten überein.
Wenn der vordere Aufbau eine Arbeitsstellung mit einer großen vorderen Reichweite einnimmt, wird daher, wie vorstehend beschrieben, durch Verändern nicht nur der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc sondern auch seiner parallelen Vektorkomponente Vcx auch die Bewegung des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs abhängig von dem Abstand Ya verlangsamt. Daher kann das Schaufelende selbst bei einer großen Reichweite des vorderen Aufbaus langsam längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und Fertigstellungsarbeiten können mit hoher Genauigkeit implementiert werden. Ebenso ist, unabhängig davon, ob sich das Schaufelende zur Grenze des eingestellten Bereichs oder von dieser fort bewegt, eine Geschwindigkeitsveränderung des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs klein, wenn der Ausleger bei der kombinierten Betätigung des Auslegers und des Arms in einer der vertikalen Richtungen, d. h. nach oben und nach unten, bewegt wird, da die vertikale Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwin digkeitsvektors Vcy stets verringert wird. Dadurch wird die Bedienbarkeit erheblich verbessert.
Fig. 26 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel der von der Richtungsänderungssteuereinheit 9eB ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Bei diesem Beispiel wird der Schritt 123 gemäß Fig. 20 durch den Schritt 123A gemäß Fig. 25 ersetzt, und sämtliche weiteren Schritte stimmen mit denen gemäß Fig. 20 überein. Wenn bei diesem Beispiel X > Xo gilt, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 125A fortgesetzt, in dem der kleinere der Xa-Koordinatenwerte g(Ya) und Vcx als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß bei einer langsamen Bewegung des Endes der Schaufel 1c die Schaufelgeschwindigkeit selbst bei einer Annäherung des Schaufelendes an die Grenze des eingestellten Bereichs nicht mehr verringert wird, wodurch dem Bediener das Ausführen der Operation durch eine Betätigung des Steuerhebels ermöglicht wird.
Wenn das Ende der Schaufel 1c über den eingestellten Bereich hinaus bewegt wird, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor von der Rückholsteuereinheit 9gB abhängig von dem Abstand zur Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert, daß das Schaufelende in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, und wenn eine bestimmte Variable des vorderen Aufbaus, beispielsweise der Abstand zwischen dem Schaufelende und dem Körper, gesteigert wird, wird die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert, daß sie kleiner wird.
Fig. 27 ist ein Ablaufdiagramm, das die von der Rückholsteuereinheit 9gB ausgeführten Steuerprozeduren zeigt. Wie aus einem Vergleich von Fig. 27 mit Fig. 22 hervorgeht, unterscheidet sich nur der Schritt 133A von dem Ablaufdiagramm für die zweite Ausführungsform, sämtliche weiteren Schritte stimmen mit denen gemäß der zweiten Ausführungsform überein. Wie in dem Schritt 123A gemäß Fig. 25 wird im Schritt 133A bestimmt, ob die Position X des Schaufelendes in der X- Richtung des XY-Koordinatensystems (siehe Fig. 5) kleiner als der vorgegebene Wert Xo ist oder nicht. Ist er es (gilt X < Xo), wird die Steuerprozedur mit dem Schritt 134 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc auf 0 eingestellt wird. Wenn X > Xo gilt, wird die Steuerprozedur mit dem Schritt 135 fortgesetzt, in dem zur Verbesserung der Arbeitsgenauigkeit ein durch die Multiplikation des Xa-Koordinatenwerts Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc mit dem Koeffizienten P erhaltener Wert als Vektorkomponente Vcxa nach der Veränderung eingestellt wird.
Daher wird, wenn der vordere Aufbau eine Arbeitsstellung mit einer großen Reichweite einnimmt, auch bei der Rückholsteuerung durch Verändern nicht nur der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, sondern auch seiner parallelen Vektorkomponente Vcx, wie vorstehend beschrieben, auch die Bewegung des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs abhängig von dem Abstand Ya verlangsamt. Daher kann das Schaufelende langsam längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Fertigstellungsarbeiten können mit hoher Genauigkeit implementiert werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs in einer Arbeitsstellung verringert, in der eine Veränderung des Drehwinkels des vorderen Aufbaus 1A (d. h. eine Verschiebung des Schaufelendes) in bezug auf die Beträge, um die der Auslegerzylinder 3a und der Armzylinder 3b ausgefahren oder zusammengezogen werden, gesteigert wird, wie dies der Fall ist, wenn der vordere Aufbau in der Nähe seiner maximalen Reichweite angeordnet ist. Dadurch wird die Genauigkeit der Steuerung entsprechend verbessert.

Vierte Ausführungsform

Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 28 bis 32 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einen hydraulischen Bagger angewendet, für den elektrische Hebeleinheiten als Steuerhebeleinheiten verwendet werden. In den Zeichnungen sind mit den in Fig. 1 gezeigten identische Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß Fig. 28 umfaßt ein hydraulisches Antriebssystem für einen hydraulischen Bagger mehrere, jeweils entsprechend einem Auslegerzylinder 3a, einem Armzylinder 3b, einem Schaufelzylinder 3c, einem Schwenkmotor 3d und einem linken und einem rechten Verfahrmotor 3e, 3f (d. h. entsprechend mehreren hydraulischen Stellgliedern) vorgesehene Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f und mehrere zwischen einer Hydraulikpumpe 2 und den mehreren hydraulischen Stellgliedern 3a bis 3f angeschlossene und entsprechend jeweiligen Steuersignalen von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f gesteuerte Strömungssteuerventile 15a bis 15f zur Steuerung der Strömungsmengen des den hydraulischen Stellgliedern 3a bis 3f zugeführten Hydraulikfluids. Die Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f sind elektrische Hebel, die ein elektrisches Signal (eine Spannung) als Steuersignal ausgeben. Die Strömungssteuerventile 15a bis 15f weisen an ihren entgegengesetzten Enden jeweils elektrohydraulische Umwandlungseinrichtungen, beispielsweise elektromagnetische Antriebsabschnitte 30a, 30b bis 35a, 35b mit elektromagnetischen Proportionalventilen, auf, und den elektromagnetischen Antriebsabschnitten 30a, 30b bis 35a, 35b der Strömungssteuerventile 15a bis 15f werden von dem Grad und den Richtungen, in denen die Steuerhebeleinheiten von dem Bediener betätigt werden, abhängige elektrische Signale zugeführt.
Ein Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten gemäß dieser Ausführungsform enthält eine Steuereinheit 9C zum Empfangen der Steuersignale (der elektrischen Signale) von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f, eines Einstellsignals von einer Einstelleinrichtung 7 und Erfassungssignalen von Winkelsensoren 8a, 8b, 8c, zum Einstellen eines Ausschachtungsbereichs, in dem das Ende einer Schaufel bewegt werden kann, und zur Veränderung der Steuersignale.
Die Steuereinheit 9C enthält einen Abschnitt zum Einstellen eines Bereichs und einen Abschnitt zur Steuerung einer Bereichsbegrenzung beim Ausschachten. Der Abschnitt zur Einstellung eines Bereichs führt entsprechend einer Anweisung von der Einstelleinrichtung 7 eine Berechnung zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs aus, in dem das Ende der Schaufel 1c bewegt werden kann. Die Berechnungsprozeduren stimmen mit den von der Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten überein, die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurden. Dadurch werden die Daten für eine Umwandlung aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem bestimmt.
Der Abschnitt zur Steuerung einer Bereichsbegrenzung beim Ausschachten der Steuereinheit 9C führt entsprechend einem in Fig. 29 dargestellten Ablaufdiagramm auf der Grundlage des von dem Abschnitt zur Einstellung eines Bereichs eingestellten Bereichs eine Steuerung zur Begrenzung des Bereichs aus, in dem ein vorderer Aufbau 1A bewegt werden kann. Es erfolgt nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 29 eine Beschreibung der Funktionsweise dieser Ausführungsform bei einer gleichzeitigen Erläuterung der Steuerfunktionen des Abschnitts zur Steuerung einer Bereichsbegrenzung beim Ausschachten.
Zunächst werden in einem Schritt 200 die Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f eingegeben, und in einem Schritt 210 werden die von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c erfaßten Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c eingegeben.
Dann wird in einem Schritt 250 auf der Grundlage der erfaßten Drehwinkel α, β, γ und der verschiedenen, in einem Speicher der Steuereinheit 9c gespeicherten Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A die Position einer vorgegebenen Stelle des vorderen Aufbaus 1A, beispielsweise die Position des Endes der Schaufel 1c, berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird, ähnlich wie bei dem von der Einrichtung 9a zur Berechnung des einzustellenden Bereichs gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Prozeß, zunächst die Position des Endes der Schaufel 1c als Koordinatenwerte in dem XY-Koordinatensystem (siehe Fig. 5) berechnet. Diese Werte im XY-Koordinatensystem werden dann unter Verwendung der von dem Abschnitt zur Einstellung des Bereichs bestimmten Umwandlungsdaten in Werte im XaYa-Koordinatensystem (siehe Fig. 5) umgewandelt. Dadurch wird die Endposition der Schaufel 1c schließlich als Koordinatenwerte im XaYa-Koordinatensystem berechnet.
Als nächstes wird in einem Schritt 260 ein durch die Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14c für den vorderen Aufbau 1A vorgeschriebener Sollgeschwindigkeitsvektor Vc am Ende der Schaufel 1c berechnet. In dem Speicher der Steuereinheit 9C sind auch die Beziehungen zwischen den Steuersignalen von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14c und über die Strömungssteuerventile 15a bis 15c zugeführten Strömungsmengen gespeichert. Entsprechende Werte der über die Strömungssteuerventile 15a bis 15c zugeführten Strömungsmengen werden anhand der Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14c bestimmt, die Sollantriebsgeschwindigkeiten der Hydraulikzylinder 3a bis 3c werden anhand dieser Werte der zugeführten Strömungsmengen bestimmt, und der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc am Schaufelende wird auf der Grundlage der Sollantriebsgeschwindigkeiten und der verschiedenen Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie bei der Berechnung der Position des Endes der Schaufel im Schritt 250, der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc als Koordinatenwerte im XaYa-Koordinatensystem berechnet, indem der Vektor Vc zunächst als Werte im XY-Koordinatensystem berechnet wird und diese Werte anschließend unter Verwendung der von dem Abschnitt zur Einstellung des Bereichs bestimmten Umwandlungsdaten in Werte im XaYa-Koordinatensystem umgewandelt werden. Hierbei repräsentiert ein Xa- Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc im Xa- Ya-Koordinatensystem eine Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc in der zur Grenze des eingestellten Bereichs parallelen Richtung, und ein Ya-Koordinatenwert Vcy repräsentiert eine Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc in der zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung.
Dann wird in einem Schritt 270 bestimmt, ob sich das Ende der Schaufel 1c innerhalb des im eingestellten Bereich und in der Nähe von dessen Grenze vorgesehenen, in Fig. 30 dargestellten und wie vorstehend erläutert eingestellten Verlangsamungsbereichs (innerhalb des Bereichs für eine Richtungsänderung) befindet oder nicht. Wenn sich das Schaufelende innerhalb des Verlangsamungsbereichs befindet, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 280 fortgesetzt, in dem der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart verändert wird, daß der vordere Aufbau 1A verlangsamt wird. Wenn sich das Schaufelende nicht innerhalb des Verlangsamungsbereichs befindet, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 290 fortgesetzt. Im Schritt 290 wird dann, wie vorstehend erläutert, bestimmt, ob sich das Ende der Schaufel 1c außerhalb des in Fig. 30 dargestellten eingestellten Bereichs befindet oder nicht. Wenn sich das Schaufelende außerhalb des eingestellten Bereichs befindet, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 300 fortgesetzt, in dem der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart ver ändert wird, daß das Ende der Schaufel 1c in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird. Wenn sich das Schaufelende nicht außerhalb des eingestellten Bereichs befindet, wird die Steuerprozedur mit einem Schritt 310 fortgesetzt.
Im Schritt 310 werden dann dem im Schritt 280 bzw. 300 ermittelten Sollgeschwindigkeitsvektor Vcy nach der Veränderung entsprechende Steuersignale für die Strömungssteuerventile 15a bis 15c berechnet. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der im Schritt 260 ausgeführten Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc.
Dann wird in einem Schritt 320 das im Schritt 200 eingegebene Steuersignal oder das im Schritt 310 berechnete Steuersignal ausgegeben, worauf eine Rückkehr zum Start folgt.
Es folgt nun eine Beschreibung der im Schritt 270 ausgeführten Bestimmung, ob sich das Schaufelende innerhalb des Verlangsamungsbereichs (des Richtungsänderungsbereichs) befindet oder nicht, und der Veränderung des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc für die Verlangsamungssteuerung.
Im Speicher der Steuereinheit 9C ist der Abstand Ya1 von der Grenze des eingestellten Bereichs, wie in Fig. 30 dargestellt, als Wert zum Einstellen der Abmessungen des Verlangsamungsbereichs gespeichert. Im Schritt 270 wird anhand des im Schritt 250 bestimmten Ya-Koordinatenwerts der Position des Endes der Schaufel 1c ein Abstand D1 zwischen der Position des Schaufelendes und der Grenze des eingestellten Bereichs bestimmt. Wenn der Abstand D1 kleiner als der Abstand Ya1 wird, wird dann bestimmt, daß das Schaufelende in den Verlangsamungsbereich eingetreten ist.
Im Speicher der Steuereinheit 9C ist, wie in Fig. 31 gezeigt, auch die Beziehung zwischen dem Abstand D1 vom Ende der Schaufel 1c zur Grenze des eingestellten Bereichs und einem Koeffizienten h des Verlangsamungsvektors gespeichert.
Die Beziehung zwischen dem Abstand D1 und dem Koeffizienten h ist derart eingestellt, daß h Null ist, wenn der Abstand D1 größer als der Abstand Ya1 ist, bei einer Abnahme des Abstands D1 allmählich gesteigert wird, wenn der Abstand D1 kleiner als Ya1 wird, und bei einem Abstand D1 von 0 1 beträgt.
In einem Schritt 280 wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart verändert, daß die im Schritt 260 berechnete Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc am Ende der Schaufel 1c in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs, d. h. der Ya-Koordinatenwert Vcy im XaYa-Koordinatensystem, verringert wird. Genauer wird anhand der in Fig. 31 gezeigten und im Speicher gespeicherten Beziehung der dem im Schritt 270 bestimmten Abstand D1 entsprechende Verlangsamungsvektorkoeffizient h berechnet. Der Ya-Koordinatenwert (die vertikale Vektorkomponente) Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird mit dem berechneten Koeffizienten h des Verlangsamungsvektors und ferner mit -1 multipliziert, um einen Verlangsamungsvektor VR (= -hVcy) zu ermitteln. VR wird dann zu Vcy addiert. Hierbei ist der Verlangsamungsvektor VR ein zu Vcy entgegengesetzt ausgerichteter Geschwindigkeitsvektor, der bei einer Verringerung des Abstands Dl vom Ende der Schaufel 1c zur Grenze des eingestellten Bereichs unter Ya1 allmählich gesteigert wird und dann bei D1 = 0 den Wert -Vcy annimmt. Durch Addieren des Verlangsamungsvektors VR zu der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird daher die vertikale Vektorkomponente Vcy derart verringert, daß der Betrag der Verringerung der vertikalen Vektorkomponente Vcy allmählich gesteigert wird, wenn der Abstand D1 kleiner als Ya1 wird. Dadurch wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc in einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca umgewandelt.
Ein Pfad, längs dem das Ende der Schaufel 1c bei der Verlangsamungssteuerung unter Verwendung des vorstehend be schriebenen Sollgeschwindigkeitsvektors Vcy nach der Veränderung bewegt wird, stimmt mit dem vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 11 im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen überein. Genauer bleibt, wenn davon ausgegangen wird, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schräg nach unten ausgerichtet und konstant ist, seine parallele Komponente Vcx unverändert, und seine vertikale Komponente Vcy wird bei einer Annäherung des Endes der Schaufel 1c an die Grenze des eingestellten Bereichs (d. h. wenn der Abstand D1 kleiner als Ya1 wird) allmählich verringert. Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung das Ergebnis sowohl der parallelen als auch der vertikalen Komponenten ist, weist der Pfad die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie, wie in Fig. 11 dargestellt, bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie angenähert wird. Ebenso stimmt unter der Voraussetzung, daß bei D1 = 0 h = 1 und VR = -Vcy gelten, der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung an der Grenze des eingestellten Bereichs mit der parallelen Komponente Vcx überein.
Daher wird bei der Verlangsamungssteuerung im Schritt 280 die Richtung, in der sich das Ende der Schaufel 1c bewegt, schließlich in die Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt, da die Bewegung des Endes der Schaufel 1c zur Grenze des eingestellten Bereichs verlangsamt wird.
Es folgt nun eine Beschreibung der im Schritt 290 ausgeführten Bestimmung, ob sich das Schaufelende außerhalb des eingestellten Bereichs befindet oder nicht, und der Veränderung des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc für die Rückholsteuerung außerhalb des eingestellten Bereichs.
Im Schritt 290 wird anhand des im Schritt 250 bestimmten Ya-Koordinatenwerts der Position des Endes der Schaufel 1c ein Abstand D2 zwischen der Position des Schaufelendes außerhalb des eingestellten Bereichs und der Grenze des eingestellten Bereichs bestimmt. Wenn der Wert des Abstands D2 von einem negativen zu einem positiven Wert wechselt, wird bestimmt, daß sich das Schaufelende aus dem eingestellten Bereich heraus bewegt hat.
Ferner ist in dem Speicher der Steuereinheit 9C die Beziehung zwischen dem Abstand D2 vom Ende der Schaufel 1c zur Grenze des eingestellten Bereichs und einem Rückholvektor AR gespeichert, wie in Fig. 32 dargestellt. Die Beziehung zwischen dem Abstand D2 und dem Rückholvektor AR wird derart eingestellt, daß der Rückholvektor AR bei einer Verringerung des Abstands D2 allmählich gesteigert wird. Im Schritt 300 wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart verändert, daß die im Schritt 260 berechnete Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc am Ende der Schaufel 1c in der zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung, d. h. der Ya-Koordinatenwert Vcy im XaYa-Koordinatensystem, in eine vertikale Komponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt wird. Genauer wird ein in bezug auf Vcy umgekehrter Vektor Acy zu der vertikalen Vektorkomponente Vcy addiert, um diese aufzuheben, wogegen die parallele Komponente Vcx extrahiert wird. Durch diese Veränderung wird verhindert, daß sich das Ende der Schaufel 1c weiter aus dem eingestellten Bereich heraus bewegt. Dann wird anhand der in Fig. 32 gezeigten und im Speicher gespeicherten Beziehung der dem Abstand D2 zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs zu diesem Zeitpunkt entsprechende Rückholvektor AR berechnet. Der berechnete Rückholvektor AR wird als vertikaler Vektor Vcya des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc eingestellt. Hierbei ist der Rückholvektor AR ein umgekehrter Geschwindigkeitsvektor, der bei einer Verringerung des Abstands D2 zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs allmäh lich verringert wird. Durch Einstellen des Rückholvektors VR als vertikale Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird daher der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc in einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca umgewandelt, dessen vertikale Vektorkomponente Vcya bei einer Verringerung des Abstands D2 allmählich verringert wird.
Der Pfad, längs dem das Ende der Schaufel 1c bei der Rückholsteuerung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Sollgeschwindigkeitsvektors Vca nach der Veränderung bewegt wird, stimmt mit dem vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschriebenen überein. Genauer bleibt unter der Voraussetzung, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schräg nach unten ausgerichtet und konstant ist, seine parallele Komponente Vcx unverändert, und seine vertikale Komponente wird bei einer Annäherung des Endes der Schaufel 1c an die Grenze des eingestellten Bereichs (d. h. bei einer Verringerung des Abstands D2) allmählich verringert, da der Rückholvektor AR proportional zum Abstand D2 ist. Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Veränderung das Ergebnis sowohl der parallelen als auch der vertikalen Komponenten ist, weist der Pfad die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie, wie in Fig. 15 dargestellt, bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie angenähert wird.
Daher wird bei der Rückholsteuerung im Schritt 300 ein Rückholbereich außerhalb des eingestellten Bereichs definiert, da das Ende der Schaufel 1c derart gesteuert wird, daß es in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird. Ferner wird bei der Rückholsteuerung auch die Bewegung des Endes der Schaufel 1c zur Grenze des eingestellten Bereichs verlangsamt, und schließlich wird die Richtung, in der das Ende der Schaufel 1c bewegt wird, in die Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt.
Bei der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Ausführungsform werden, wie bei der ersten Ausführungsform, die folgenden Vorteile erzielt. Wenn das Ende der Schaufel 1c von der Grenze des eingestellten Bereichs entfernt ist, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc nicht verändert, und die Arbeit kann auf normale Weise implementiert werden. Wenn sich das Ende der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs dessen Grenze nähert, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart verändert, daß seine Vektorkomponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs (d. h. die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente) verringert wird. Daher wird die Bewegung des Schaufelendes in der zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung verlangsamt, die Geschwindigkeitskomponente in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs wird jedoch nicht verringert. Dadurch kann das Ende der Schaufel 1c, wie in Fig. 11 dargestellt, längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden. Es ist daher möglich, eine Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, innerhalb dessen die Schaufel 1c bewegt werden kann, effektiv auszuführen.
Wenn das Ende der Schaufel 1c bei einer raschen Bewegung des vorderen Aufbaus 1A derart gesteuert wird, daß es innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe von dessen Grenze verlangsamt wird, wie vorstehend beschrieben, kann sich das Ende der Schaufel 1c aufgrund einer Verzögerung der Reaktion der Steuerung und des Trägheitsmoments des vorderen Aufbaus 1A in einem gewissen Ausmaß aus dem eingestellten Bereich heraus bewegen. Wenn bei dieser Ausführungsform ein derartiges Ereignis eintritt, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc derart verändert, daß das Ende der Schaufel 1c in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wodurch nach einem Verlassen des eingestellten Bereichs eine rasche Rückführung des Endes der Schaufel 1c in den eingestellten Bereich ermöglicht wird. Daher kann selbst bei einer raschen Bewegung des vorderen Aufbaus 1A das Schaufelende längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann präzise implementiert werden.
In diesem Zusammenhang wird die Strecke, um die sich das Schaufelende aus dem eingestellten Bereich bewegt, derart verringert, daß der bei der Rückführung in den eingestellten Bereich auftretende Stoß erheblich abgeschwächt wird, da das Schaufelende, wie vorstehend beschrieben, bereits durch die Verlangsamungssteuerung verlangsamt wird. Daher kann das Ende der Schaufel 1c selbst bei einer raschen Bewegung des vorderen Aufbaus 1A gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann gleichmäßig implementiert werden. Ferner wird bei dieser Ausführungsform die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc derart verändert, daß sie in eine Vektorkomponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt wird, wenn das Ende der Schaufel 1c derart gesteuert wird, daß es zur Grenze des eingestellten Bereichs zurück bewegt wird. Daher wird die Geschwindigkeitskomponente in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs nicht verringert, und das Ende der Schaufel 1c kann auch außerhalb des eingestellten Bereichs gleichmäßig längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden. Da die Vektorkomponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs derart verändert wird, daß sie bei einer Verringerung des Abstands D2 zwischen dem Ende der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner wird, weist zudem der Pfad, längs dem das Schaufelende bei der Rückholsteuerung auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors Vca bewegt wird, die Form einer gekrümmten Linie auf, die derart gekrümmt ist, daß sie, wie in Fig. 15 dargestellt, bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs einer parallelen Linie angenähert wird. Dadurch wird eine gleichmäßigere Rückführung des Schaufelendes in den eingestellten Bereich ermöglicht.
Dadurch, daß eine gleichmäßige Bewegung des Endes der Schaufel 1c längs der Grenze des eingestellten Bereichs ermöglicht wird, ist es durch eine derartige Betätigung der Schaufel, daß sie zum Körper bewegt wird, möglich, die Ausschachtung zu implementieren, als würde eine Pfadsteuerung längs der Grenze des eingestellten Bereichs ausgeführt.
Da der Sollgeschwindigkeitsvektor und die Steuersignale derart verändert werden, daß der veränderte Sollgeschwindigkeitsvektor erzeugt wird, werden zudem selbst bei einer Betätigung nur der Steuerhebeleinheit 14b für den Arm sämtliche zugehörigen Steuersignale verändert, wenn sich das Ende der Schaufel 1c der Grenze des eingestellten Bereichs nähert, und das Ende der Schaufel 1c kann längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden.

Fünfte Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 33 und 34 wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird eine andere Erfassungseinrichtung als die Winkelsensoren als Einrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A betreffenden Statusvariablen verwendet.
Gemäß Fig. 33 umfaßt ein Steuersystem gemäß dieser Ausführungsform anstelle der Winkelsensoren 8a bis 8c zur Erfassung der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c Verschiebungssensoren 10a, 10b, 10c zur Erfassung von Hüben (Verschiebungen) der Hydraulikzylinder 3a, 3b, 3c. Eine Steuereinheit 9D ist derart beschaffen, daß sie in einem Schritt 210A gemäß Fig. 34 die durch die Versetzungssensoren 10a bis 10c erfaßten Verschiebungen der Hydraulikzylinder 3a, 3b, 3c empfängt und in einem Schritt 250A auf der Grundlage der Verschiebungen der Hydraulikzylinder 3a, 3b, 3c und der verschiedenen, vorab gespeicherten Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A die Drehwinkel α, β, γ des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c berechnet, wodurch, wie bei der ersten Ausführungsform, die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A berechnet werden.
Bei dieser Ausführungsform können die Verlangsamungssteuerung (Richtungsänderungssteuerung) und die Rückholsteuerung auf die gleiche Weise wie bei der vierten Ausführungsform ausgeführt werden, und daher ergeben sich ähnliche Vorteile wie bei der vierten Ausführungsform.

Sechste Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 35 und 36 wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform umfaßt ferner einen Neigungswinkelsensor zur Erfassung eines Neigungswinkels des Körpers als Einrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A betreffenden Statusvariablen gemäß der vierten Ausführungsform.
Gemäß Fig. 35 umfaßt ein Steuersystem gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich zu den Winkelsensoren 8a bis 8c zur Erfassung der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c einen Neigungswinkelsensor 8d zur Erfassung eines Längsneigungswinkels θ des Körpers 1B. Eine Steuereinheit 9E ist derart beschaffen, daß sie in einem Schritt 220 gemäß Fig. 36 den von dem Neigungswinkelsensor 8d erfaßten Neigungswinkel θ des Körpers 1B empfängt und in einem Schritt 250B auf der Grundlage der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c und des Neigungswinkels des Kör pers 1B die Position und Stellung des vorderen Aufbaus 1A berechnet.
Genauer wird, wie vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert, die relative Positionsbeziehung zwischen dem am Körper 1B festgelegten XY-Koordinatensystem und dem Boden nicht verändert, wenn sowohl die Stellung des Körpers 1B bei der Einstellung des Bereichs als auch die Stellung des Körpers 1B beim Ausschachten horizontal sind, und die Ausschachtung innerhalb des begrenzten Bereichs kann wie eingestellt implementiert werden. Der Körper kann jedoch abhängig von der Arbeitsumgebung bei der Ausschachtung längs geneigt sein. In einem derartigen Fall wird die relative Positionsbeziehung zwischen dem am Körper 1B festgelegten XY-Koordinatensystem und dem Boden verändert, und die Ausschachtung innerhalb des begrenzten Bereichs kann nicht entsprechend der Einstellung implementiert werden. Daher wird bei dieser Ausführungsform der Neigungswinkel θ erfaßt, um unter Verwendung eines durch Drehen des XY-Koordinatensystems um den Winkel θ erhaltenen XbYB-Koordinatensystems (siehe Fig. 6) die Steuerungsberechnung auszuführen. Dadurch weist das XbYb-Koordinatensystem die gleiche Ausrichtung wie das XY-Koordinatensystem auf, und die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs kann ohne eine Beeinträchtigung durch eine Neigung des Körpers entsprechend der Einstellung implementiert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform kann durch das Vorsehen des Neigungswinkelsensors 8d die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs unabhängig von einer Neigung des Körpers effizient und gleichmäßig implementiert werden.

Siebte Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 37 und 38 wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird als Einrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A betreffenden Statusvariablen ferner ein Winkelsensor zur Erfassung eines Schwenkwinkels des oberen Aufbaus 1A verwendet.
Gemäß Fig. 37 umfaßt ein Steuersystem gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich zu den Winkelsensoren 8a bis 8c zur Erfassung der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c einen Neigungswinkelsensor 8d zur Erfassung eines Neigungswinkels θ des Körpers 1B und einen Winkelsensor 8e zur Erfassung eines Schwenkwinkels des oberen Aufbaus 1d. Ferner ist die Einstelleinrichtung 7 derart beschaffen daß sie die Grenze des Ausschachtungsbereichs unter Verwendung eines XYZ-Koordinatensystems zusätzlich in der Z-Richtung, d. h. der Querrichtung des Körpers 1B, einstellt.
Eine Steuereinheit 9F ist derart beschaffen, daß sie in einem Schritt 220 gemäß Fig. 38 den von dem Neigungswinkelsensor 8d erfaßten Neigungswinkel θ des Körpers 1B und in einem Schritt 230 den von dem Winkelsensor 8e erfaßten Schwenkwinkel des oberen Aufbaus 1d empfängt und in einem Schritt 250C auf der Grundlage der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c, des Neigungswinkels des Körpers 1B und des Schwenkwinkels des oberen Aufbaus 1d die Position und Stellung des vorderen Aufbaus 1A berechnet.
Dann wird in einem Schritt 260C ein durch die Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14c für den vorderen Aufbau 1A und der Steuerhebeleinheit 14d für den Schwenkmotor vorgegebener Sollgeschwindigkeitsvektor Vcs am Ende der Schaufel 1c berechnet. In einem Speicher der Steuereinheit 9F werden vorab die Beziehungen zwischen den Steuersignalen von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14d und den über die Strömungssteuerventile 15a bis 15d zugeführten Strömungsmengen, den unterschiedlichen Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A und dem Abstand zwischen der Mitte der Schaufel und dem vorderen Aufbau 1A gespeichert. Anhand der Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14d werden entsprechende Werte der über die Strömungssteuerventile 15a bis 15d zugeführten Strömungsmengen bestimmt, anhand dieser Werte der zugeführten Strömungsmengen werden Sollantriebsgeschwindigkeiten der Hydraulikzylinder 3a bis 3c und des Schwenkmotors 3d bestimmt, und auf der Grundlage dieser Sollantriebsgeschwindigkeiten und der vorstehend erwähnten unterschiedlichen Abmessungen wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc am Schaufelende berechnet.
Ferner werden in einem Schritt 310C dem im Schritt 280 bzw. 300 ermittelten Sollgeschwindigkeitsvektor Vcsa nach der Veränderung entsprechende Steuersignale für die Strömungssteuerventile 15a bis 15d berechnet. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der im Schritt 260C ausgeführten Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors Vcs.
Da bei dieser Ausführungsform ferner der Winkelsensor 8e zur Erfassung des Schwenkwinkels des oberen Aufbaus 1d vorgesehen ist, kann die Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, innerhalb dessen der vordere Aufbau 1A bewegt werden kann, nicht nur in der vertikalen Ebene, sondern innerhalb des Schwenkradius auch in der Richtung quer zum Körper effizient und gleichmäßig implementiert werden.

Achte Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Fig. 39 und 40 wird eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird als Einrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A be treffenden Statusvariablen ferner ein Sensor zur Erfassung einer Position und Stellung des Körpers verwendet.
Gemäß Fig. 39 umfaßt ein Steuersystem gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich zu den Winkelsensoren 8a bis 8c zur Erfassung der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c einen Positions-/Stellungssensor 8f, wie ein Gyroskop, zur Erfassung eines Neigungswinkels des Körpers 1B, eines Schwenkwinkels des oberen Aufbaus 1d und einer Position des Körpers 1B. Ferner ist die Einstelleinrichtung 7 derart beschaffen, daß sie die Grenze des Ausschachtungsbereichs unter Verwendung eines am Boden festgelegten XYZ-Koordinatensystems über jeden gewünschten Bereich des Bodens einstellt.
Eine Steuereinheit 9G ist derart beschaffen, daß sie in einem Schritt 240 gemäß Fig. 40 den Neigungswinkel des Körpers 1B, den Schwenkwinkel des oberen Aufbaus 1d und die Position des Körpers 1B empfängt, die von dem Positions- /Stellungssensor 1f erfaßt wurden, und in einem Schritt 250D auf der Grundlage der Drehwinkel des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c, des Neigungswinkels des Körpers 1B, des Schwenkwinkels des oberen Aufbaus 1d und der Position des Körpers 1B die Position und Stellung des vorderen Aufbaus 1A berechnet.
Dann wird in einem Schritt 260D ein durch die Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14c für den vorderen Aufbau 1A, der Steuerhebeleinheit 14d für den Schwenkmotor und den Steuerhebeleinheiten 14e, 14f für die Verfahrmotoren vorgegebener Sollgeschwindigkeitsvektor Vcu am Ende der Schaufel 1c berechnet. In einem Speicher der Steuereinheit 9 G werden vorab die Beziehungen zwischen den Steuersignalen von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f und den über die Strömungssteuerventile 15a bis 15f zugeführten Strömungsmengen, den unterschiedlichen Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A, dem Abstand zwischen dem Schwenkzentrum und dem vorderen Auf bau 1A und die Beziehung zwischen dem Ursprung des XYZ-Koordinatensystems und der Ausgangsposition des Körpers 1B gespeichert. Anhand der Steuersignale von den Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f werden entsprechende Werte der über die Strömungssteuerventile 15a bis 15f zugeführten Strömungsmengen bestimmt, anhand dieser Werte der zugeführten Strömungsmengen werden Sollantriebsgeschwindigkeiten der Hydraulikzylinder 3a bis 3c, des Schwenkmotors 3d und der Verfahrmotoren 3e, 3f bestimmt, und auf der Grundlage dieser Sollantriebsgeschwindigkeiten und der vorstehend erwähnten unterschiedlichen Abmessungen wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vcu am Schaufelende berechnet.
Ferner werden in einem Schritt 310D dem im Schritt 280 oder 300 ermittelten Sollgeschwindigkeitsvektor Vcua nach der Veränderung entsprechende Steuersignale für die Strömungssteuerventile 15a bis 15f berechnet. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der im Schritt 260D ausgeführten Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors Vcu.
Da bei dieser Ausführungsform zusätzlich der Sensor zur Erfassung der Position und Stellung des Körpers vorgesehen ist, kann die Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, in dem der vordere Aufbau 1A bewegt werden kann, nicht nur in einer vertikalen Ebene, sondern auch über jeden gewünschten Bodenbereich in sämtlichen Richtungen effizient und gleichmäßig implementiert werden.

Weitere Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die Fig. 41 und 42 werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden anhand eines hydraulischen Baggers mit einem vorderen Aufbau mit einem einen Ausleger, einen Arm und eine Schaufel umfassenden Aufbau mit drei Gelenken beschrieben. Es existieren jedoch verschiedene weitere Typen von hydraulischen Baggern mit einem anders konstruierten vorderen Aufbau, und die vorliegende Erfindung ist auch auf diese weiteren Typen von hydraulischen Baggern anwendbar.
Fig. 41 zeigt einen hydraulischen Bagger des versetzt arbeitenden Typs, beidem ein Ausleger quer geschwenkt werden kann. Dieser hydraulische Bagger weist einen vorderen Aufbau 1C mit mehreren Gelenken auf, der einen aus einem in vertikaler Richtung drehbaren ersten Ausleger 100a und einem in bezug auf den ersten Ausleger 100a in horizontaler Richtung schwenkbaren zweiten Ausleger 100b bestehenden versetzbaren Ausleger 100, einen in bezug auf den zweiten Ausleger 100b in vertikaler Richtung drehbaren Arm 101 und eine Schaufel 102 umfaßt. Auf einer Seite des zweiten Auslegers 100b ist eine Verbindung 103 parallel angeordnet, deren eines Ende durch einen Stift mit dem ersten Ausleger 100a gekoppelt ist und deren andres Ende durch einen Stift mit dem Arm 101 gekoppelt ist. Der erste Ausleger 100a wird durch einen (nicht dargestellten) ersten Auslegerzylinder angetrieben, der dem Auslegerzylinder 3a des in Fig. 2 dargestellten hydraulischen Baggers ähnelt. Der zweite Ausleger 100b, der Arm 101 und die Schaufel 102 werden jeweils von einem zweiten Auslegerzylinder 104, einem Armzylinder 105 und einem Schaufelzylinder 106 angetrieben. Bei einem derartigen hydraulischen Bagger ist als Einrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1C betreffenden Statusvariablen zusätzlich zu den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c der ersten Ausführungsform und dem Neigungswinkelsensor 8d ein Winkelsensor 107 zur Erfassung eines Schwenkwinkels (Versetzungsbetrags) des zweiten Auslegers 100b vorgesehen. Ein Erfassungssignal von dem Winkelsensor 107 wird zur Veränderung der Länge des Auslegers (d. h. des Abstands von einem Basisende des ersten Auslegers 100a zu einem entfernten Ende des zweiten Auslegers 100b) ebenfalls beispielsweise an die Einrichtung 9b zur Be rechnung der Stellung des vorderen Aufbaus der in Fig. 4 dargestellten Steuereinheit 9 ausgegeben. Dadurch kann die vorliegende Erfindung wie bei der ersten bis achten Ausführungsform auf den versetzt arbeitenden hydraulischen Bagger angewendet werden.
Fig. 42 zeigt einen hydraulischen Bagger mit einem zweiteiligen Ausleger, bei dem ein Ausleger in zwei Teile unterteilt ist. Dieser hydraulische Bagger weist einen vorderen Aufbau 1D mit mehreren Gelenken auf, der einen ersten Ausleger 200a, eine zweiten Ausleger 200b, einen Arm 201 und eine Schaufel 202 umfaßt. Der erste Ausleger 200a, der zweite Ausleger 200b, der Arm 201 und die Schaufel 202 werden jeweils von einem ersten Auslegerzylinder 203, einem zweiten Auslegerzylinder 204, einem Armzylinder 205 und einem Schaufelzylinder 206 angetrieben. Bei einem derartigen hydraulischen Bagger ist als Einrichtung zur Erfassung von die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1D betreffenden Statusvariablen zusätzlich zu den Winkelsensoren Ba, 8b, 8c gemäß der ersten Ausführungsform und dem Neigungswinkelsensor 8d ein Winkelsensor 207 zur Erfassung eines Drehwinkels des zweiten Auslegers 200b vorgesehen. Ein Erfassungssignal von dem Winkelsensor 207 wird zur Veränderung der Länge des Auslegers (d. h. der Strecke vom Basisende des ersten Auslegers 200a zum entfernten Ende des zweiten Auslegers 200b) ebenfalls beispielsweise in die Einrichtung 9b zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus der in Fig. 4 dargestellten Steuereinheit 9 eingegeben. Dadurch kann die vorliegende Erfindung wie bei der ersten bis achten Ausführungsform auch auf den hydraulischen Bagger mit zweiteiligem Ausleger angewendet werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde als vorgegebene Stelle des vorderen Aufbaus das Ende der Schaufel beschrieben. Im Hinblick auf eine einfachere Implementierung der vorliegenden Erfindung kann jedoch ein Stift am vorderen Ende des Arms als vorgegebene Stelle eingestellt werden. Ferner kann zum Verhindern einer Beeinträchtigung des vorderen Aufbaus durch ein beliebiges anderes Teil bei der Einstellung des Ausschachtungsbereichs eine andere geeignete Stelle, an der eine Beeinträchtigung auftreten könnte, als vorgegebene Stelle eingestellt werden.
Obwohl das hydraulische Antriebssystem, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, als mittig geschlossenes System mit den mittig geschlossenen Strömungssteuerventilen 15a bis 15f beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auch bei einem mittig offenen System mit mittig geöffneten Strömungssteuerventilen anwendbar.
Die Beziehungen zwischen dem Abstand zwischen dem Schaufelende und der Grenze des eingestellten Bereichs und dem Verlangsamungsvektor und dem Rückholvektor sind nicht auf die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Beziehungen beschränkt, sondern können auf verschiedene Arten eingestellt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind derart beschaffen, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor unverändert ausgegeben wird, wenn das Schaufelende von der Grenze des eingestellten Bereichs entfernt ist. Der Sollgeschwindigkeitsvektor kann jedoch zu jedem anderen Zweck auch in diesem Zustand verändert werden.
Obwohl die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs als zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente beschrieben wurde, kann sie von der vertikalen Richtung abweichen, solange das Schaufelende in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden kann.
Obwohl im Zusammenhang mit der zweiten und dritten Ausführungsform eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen hydraulischen Bagger mit hydraulischen Vorsteuer- Steuerhebeleinheiten beschrieben wurde, können bei einem hydraulischen Bagger mit elektrischen Hebeleinheiten ähnliche Vorteile erzielt werden. Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen hydraulischen Bagger mit elektrischen Hebeleinheiten erübrigen sich die Steuerdrucksensoren.
Bei den Ausführungsformen, beispielsweise der ersten Ausführungsform, bei denen die vorliegende Erfindung auf einen hydraulischen Bagger mit hydraulischen Vorsteuer- Steuerhebeleinheiten angewendet wird, werden die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b als elektrohydraulische Umwandlungseinrichtungen und Druckreduziereinrichtungen verwendet. Die elektromagnetischen Proportionalventile können jedoch durch jede andere geeignete elektrohydraulische Umwandlungseinrichtung ersetzt werden.
Obwohl die Steuerhebeleinheiten 14a bis 14f und die Strömungssteuerventile 15a bis 15f als durch hydraulische Steuerdrücke betätigt beschrieben wurden, ist es ferner lediglich erforderlich, daß zumindest die Steuerhebeleinheiten 14a, 14b und die Strömungssteuerventile 15a, 15b für den Ausleger und den Arm mittels hydraulischer Steuerdrücke betätigt werden.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Da erfindungsgemäß die Bewegung des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs verlangsamt wird, kann eine Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs effizient implementiert werden.
Da der vordere Aufbau erfindungsgemäß derart gesteuert wird, daß er bei einem Verlassen des eingestellten Bereichs zurück bewegt wird, kann die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs selbst dann präzise implementiert werden, wenn der vordere Aufbau rasch bewegt wird, was zu einer verbesserten Effizienz führt. Da ferner vorab eine Verlangsamungssteuerung erfolgt, kann die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs selbst dann gleichmäßig implementiert werden, wenn der vordere Aufbau rasch bewegt wird.
Erfindungsgemäß kann die Ausschachtung auf die gleiche Weise wie bei der normalen Arbeit implementiert werden, wenn der vordere Aufbau von dem eingestellten Bereich entfernt ist.
Da die hydraulischen Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen erfindungsgemäß derart gesteuert werden, daß jeweilige Sollsteuerdrücke erzeugt werden, kann die Funktion der effizienten Implementierung einer Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs zu jedem System hinzugefügt werden, das hydraulische Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen aufweist.
Wenn das hydraulische Antriebssystem eine Manipulationseinrichtung für den Ausleger und eine Manipulationseinrichtung für den Arm eines hydraulischen Baggers als den vorderen Elementen entsprechende Manipulationseinrichtungen aufweist, können Grabarbeiten längs der Grenze des eingestellten Bereichs unter Verwendung nur des Steuerhebels für den Arm implementiert werden.
Da die Arbeitsgeschwindigkeit erfindungsgemäß entsprechend dem über eine Modusschalteinrichtung ausgewählten Modus eingestellt werden kann, ist es möglich, eine Fertigstellungsarbeit auszuwählen, bei der der Genauigkeit und der Arbeitsgeschwindigkeit großes Gewicht beigemessen wird. Dementsprechend kann der Arbeitsmodus abhängig von der Art der Arbeit wahlweise derart eingestellt werden, daß das Schaufelende langsam bewegt wird, wenn ein hoher Grad an Fertigstellungsgenauigkeit erforderlich ist, und rasch bewegt wird, wenn keine so hohe Fertigstellungsgenauigkeit erforderlich ist, die Arbeitsgeschwindigkeit jedoch wesentlich ist. Dadurch kann die Arbeitseffizienz verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Schaufelendes längs der Grenze des eingestellten Bereichs verringert, wenn der Abstand zwischen der Position einer vorgegebenen Stelle des vorderen Aufbaus und dem Körper einer Baumaschine gesteigert wird. Daher kann in einer Arbeitsstellung, in der eine Veränderung des Drehwinkels des vorderen Aufbaus in bezug auf die Strecken, um die die hydraulischen Stellglieder ausgefahren oder eingezogen werden, groß ist, wie dies der Fall ist, wenn der vordere Aufbau in der Nähe seiner maximalen Reichweite angeordnet ist, die Steuerungsgenauigkeit entsprechend verbessert werden.
Da erfindungsgemäß ein Neigungswinkelsensor vorgesehen ist, kann eine Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs unabhängig von der Neigung des Körpers effizient und gleichmäßig implementiert werden.
Da erfindungsgemäß ein Winkelsensor zur Erfassung eines Schwenkwinkels des oberen Aufbaus vorgesehen ist, kann eine Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, innerhalb dessen der vordere Aufbau bewegt werden kann, nicht nur in einer vertikalen Ebene, sondern innerhalb des Schwenkradius auch in der Querrichtung des Körpers effizient und gleichmäßig implementiert werden.
Da erfindungsgemäß ferner ein Sensor zur Erfassung der Position und der Stellung des Körpers vorgesehen ist, kann eine Ausschachtung bei einer Begrenzung des Bereichs, innerhalb dessen der vordere Aufbau beweglich ist, nicht nur in einer vertikalen Ebene, sondern auch über jeden gewünschten Bereich des Bodens in sämtlichen Richtungen effizient und gleichmäßig implementiert werden.

Claims

1. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine mit mehreren angetriebenen Teilen (1a - 1f) einschließlich mehrerer vorderer Teile (1a - 1c), die einen vorderen Aufbau (1A) mit mehreren Gelenken bilden und vertikal beweglich sind, mehreren hydraulischen Stellgliedern (3a - 3f) zum jeweiligen Antrieb der mehreren angetriebenen Teile, mehreren Manipulationseinrichtungen (4a - 4f) zum Anweisen einer Betätigung der mehreren angetriebenen Teile und mehreren entsprechend Steuersignalen von den mehreren Manipulationseinrichtungen angetriebenen hydraulischen Steuerventilen (5a - 5f) zur Steuerung von Strömungsmengen von den mehreren hydraulischen Stellgliedern zugeführtem Hydraulikfluid, wobei das System umfaßt:

eine Bereichseinstelleinrichtung (7, 9a) zum Einstellen eines Bereichs, in dem der vordere Aufbau (1A) beweglich ist,

eine erste Erfassungseinrichtung (8a - 8c) zur Erfassung von Statusvariablen bezüglich der Position und Stellung des vorderen Aufbaus,

eine erste Berechnungseinrichtung (9b) zum Berechnen der Position und Stellung des vorderen Aufbaus auf der Grundlage von Signalen von der ersten Erfassungseinrichtung und

eine erste Signalveränderungseinrichtung (9c - 9f, 9j, 9k, 10a - 11b, 12; 280) zur derartigen Veränderung der Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen (4a, 4b; 14a - 14c) für den vorderen Aufbau auf der Grundlage der Steuersignale von den zu bestimmten vorderen Teilen (1a, 1b; 1a - 1c) gehörigen Manipulationseinrichtungen (4a, 4b; 14a - 14c) unter den mehreren Manipulationseinrichtungen und der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Werte, daß der vordere Aufbau in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird.

2. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Signalveränderungseinrichtung (9c, 9d, 9g - 9k, 10a - 11b, 12; 300) zur derartigen Veränderung der Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen (4a, 4b; 14a - 14c) für den vorderen Aufbau auf der Grundlage der Steuersignale von den zu bestimmten vorderen Teilen (1a, 1b; 1a - 1c) gehörigen Manipulationseinrichtungen (4a, 4b; 14a - 14c) unter den mehreren Manipulationseinrichtungen und der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Werte umfaßt, daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.

3. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Signalveränderungseinrichtung umfaßt:

eine zweite Berechnungseinrichtung (9c, 9d) zur Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsvektors (Vc) des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Steuersignale von den zu den bestimmten vorderen Teilen gehörigen Manipulationseinrichtungen;

eine dritte Berechnungseinrichtung (9e; 280) zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Werte und zum derartigen Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors, daß eine Vektorkomponente (Vcx) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs beibehalten wird und eine Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet; und

eine Ventilsteuereinrichtung (9f - 9k, 10a - 11b, 12) zum derartigen Antreiben der zugehörigen hydraulischen Steuerventile, daß der vordere Aufbau entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsvektor bewegt wird.

4. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 2, bei dem die zweite Signalveränderungseinrichtung umfaßt:

eine zweite Berechnungseinrichtung (9c, 9d) zum Berechnen eines Sollgeschwindigkeitsvektors (Vc) des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Steuersignale von den zu den bestimmten vorderen Teilen gehörigen Manipulationseinrichtungen; und

eine vierte Berechnungseinrichtung (9g; 300) zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung (9b; 9c, 9d) berechneten Werte und zum derartigen Verändern des Sollgeschwindigkeitsvektors (Vc), daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurück bewegt wird, wenn sich der vordere Aufbau (1A) außerhalb des eingestellten Bereichs befindet.

5. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 3, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (9e; 280) den Sollgeschwindigkeitsvektor (Vc) unverändert beibehält, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs, jedoch nicht in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet.

6. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 3, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (9e; 280) eine zu der Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente (Vcy) als Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereich s verwendet.

7. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 3, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (9e; 280) die Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs derart verringert, daß der Betrag der Verringerung der Vektorkomponente gesteigert wird, wenn ein Abstand (Ya; D1) zwischen dem vorderen Aufbau (1A) und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt.

8. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 7, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (280) die Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs durch Addition eines umgekehrten Geschwindigkeitsvektors (VR), der gesteigert wird, wenn der Abstand (D1) zwischen dem vorderen Aufbau (1A) und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt, zu der Vektorkomponente verringert.

9. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 7, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (9e; 280) die Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs auf 0 oder einen kleinen Wert einstellt, wenn der vordere Aufbau (1A) die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht.

10. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 7, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (9e) die Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs durch Multiplizieren der Vektorkomponente mit einem Koeffizienten (h) verringert, der nicht größer als 1 ist und allmählich verringert wird, wenn der Abstand (Ya) zwischen dem vorderen Aufbau (1A) und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt.

11. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 4, bei dem die vierte Berechnungseinrichtung (9g; 300) den Sollgeschwindigkeitsvektor derart modifiziert, daß der vordere Aufbau (1A) zur Grenze des eingestellten Bereichs zurück bewegt wird, indem die Vektorkomponente (Vcx) des Sollgeschwin digkeitsvektors in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs beibehalten und die Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der zu der Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung in eine Vektorkomponente (Vcya) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt wird.

12. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 11, bei dem die vierte Berechnungseinrichtung (9g; 300) die Vektorkomponente (Vcya) in der Richtung zu der Grenze des eingestellten allmählich verringert, wenn ein Abstand (Ya; D2) zwischen dem vorderen Aufbau (1A) und der Grenze des eingestellten Bereichs abnimmt.

13. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 3, bei dem die dritte Berechnungseinrichtung (9e) den Sollgeschwindigkeitsvektor unverändert beibehält, wenn sich der vordere Aufbau (1A) innerhalb des eingestellten Bereichs befindet und der Sollgeschwindigkeitsvektor (Vc) ein von der Grenze des eingestellten Bereichs weg gerichteter Geschwindigkeitsvektor ist, und den Sollgeschwindigkeitsvektor derart verändert, daß die Vektorkomponente (Vcy) des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs in Abhängigkeit von der Verringerung des Abstands zwischen dem vorderen Aufbau und der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs befindet und der Sollgeschwindigkeitsvektor ein Geschwindigkeitsvektor in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs ist.

14. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 3, bei dem zumindest die zu bestimmten vorderen Teilen (1a, 1b) gehörigen Manipulationseinrichtungen (4a, 4b) unter den mehreren Manipulationseinrichtungen hydraulische Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen sind und Steuerdrücke als Steuersignale ausgeben und ein Manipulationssystem mit den hydraulischen Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen die entsprechenden hydraulischen Steuerventile (5a, 5b) antreibt,

wobei das Steuersystem ferner eine zweite Erfassungseinrichtung (60a - 61b) zum Erfassen von Eingangsgrößen von den Vorsteuer-Manipulationseinrichtungen (4a, 4b) umfaßt,

die zweite Berechnungseinrichtung (9c, 9d) eine Einrichtung zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors (Vc) des vorderen Aufbaus (1A) auf der Grundlage von Signalen von der zweiten Erfassungseinrichtung ist und

die Ventilsteuereinrichtung eine fünfte Berechnungseinrichtung (9f, 9j) zur Berechnung von Sollsteuerdrücken zum Antrieb der entsprechenden hydraulischen Steuerventile (5a, 5b) auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors (Vca) und eine Steuereinrichtung (9k, 10a - 11b, 12) zur derartigen Steuerung des Manipulationssystems aufweist, daß die berechneten Sollsteuerdrücke eingestellt werden.

15. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 14, bei dem das Manipulationssystem eine erste Steuerleitung (44a) zum derartigen Aufbringen eines Steuerdrucks auf das entspre chende hydraulische Steuerventil (5a) aufweist, daß der vordere Aufbau (1A) von dem eingestellten Bereich fort bewegt wird, die fünfte Berechnungseinrichtung eine Einrichtung (9f, 9j) zum Berechnen des Sollsteuerdrucks in der ersten Steuerleitung auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors (Vca) aufweist und die Steuereinrichtung eine Einrichtung (9k) zum Ausgeben eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden ersten elektrischen Signals, eine elektrohydraulische Umwandlungseinrichtung (10a) zum Umwandeln des ersten elektrischen Signals in einen Hydraulikdruck und zur Ausgabe eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdrucks und eine Einrichtung (12) zur Auswahl des höheren Drucks zum Auswählen des höheren Drucks aus dem Steuerdruck in der ersten Steuerleitung und dem von der elektrohydraulischen Umwandlungseinrichtung ausgegebenen Steuerdruck und zum Aufbringen des ausgewählten Drucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil aufweist.

16. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 14, bei dem das Manipulationssystem zweite Steuerleitungen (44b, 45a, 45b) zum derartigen Aufbringen von Steuerdrücken auf die entsprechenden hydraulischen Steuerventile (5a, 5b) aufweist, daß der vordere Aufbau (1A) zu dem eingestellten Bereich bewegt wird, die fünfte Berechnungseinrichtung eine Einrichtung (9f, 9j) zum Berechnen der Sollsteuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors (Vca) aufweist und die Steuereinrichtung eine Einrichtung (9k) zum Ausgeben von den Sollsteuerdrücken entsprechenden zweiten elektrischen Signalen und in den zweiten Steuerleitungen angeordnete Druckreduziereinrichtungen (10b, 11a, 11b) aufweist, die zur Verringerung der Steuerdrüc ke in den zweiten Steuerleitungen auf die Sollsteuerdrücke entsprechend den zweiten elektrischen Signalen betätigt werden.

17. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 14, bei dem das Manipulationssystem eine erste Steuerleitung (44a) zum derartigen Aufbringen eines Steuerdrucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil (5a), daß der vordere Aufbau (1A) von dem eingestellten Bereich fort bewegt wird, und zweite Steuerleitungen (44b, 45a, 45b) zum derartigen Aufbringen von Steuerdrücken auf die entsprechenden hydraulischen Steuerventile (5a, 5b) aufweist, daß der vordere Aufbau (1A) zu dem eingestellten Bereich bewegt wird, die fünfte Berechnungseinrichtung eine Einrichtung (9f, 9j) zum Berechnen der Sollsteuerdrücke in den ersten und zweiten Steuerleitungen auf der Grundlage des veränderten Sollgeschwindigkeitsvektors (Vca) aufweist und die Steuereinrichtung eine Einrichtung (9k) zum Ausgeben von den Sollsteuerdrücken entsprechenden ersten und zweiten elektrischen Signalen, eine elektrohydraulische Umwandlungseinrichtung (10a) zum Umwandeln des ersten elektrischen Signals in einen Hydraulikdruck und zum Ausgeben eines dem Sollsteuerdruck entsprechenden Steuerdrucks, eine Einrichtung (12) zum Auswählen des höheren Drucks aus dem Steuerdruck in der ersten Steuerleitung und dem von der elektrohydraulischen Umwandlungseinrichtung ausgegebenen Steuerdruck und zum Aufbringen des ausgewählten Drucks auf das entsprechende hydraulische Steuerventil (5a) und in den zweiten Steuerleitungen angeordnete Druckreduziereinrichtungen (10b, 11a, 11b) aufweist, die zur Verringerung der Steuerdrücke in den zweiten Steuerleitungen auf die Sollsteuer drücke entsprechend den zweiten elektrischen Signalen betätigt werden.

18. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 15 oder 17, bei dem die bestimmten vorderen Teile einen Ausleger (1a) und einen Arm (1b) eines hydraulischen Baggers enthalten und die erste Steuerleitung eine Steuerleitung (44a) auf der Seite für ein Anheben des Auslegers ist.

19. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die bestimmten vorderen Teile einen Ausleger (1a) und einen Arm (1b) eines hydraulischen Baggers enthalten und die zweiten Steuerleitungen Steuerleitungen (44b, 45a) auf der Seite für ein Senken des Auslegers und ein Anziehen des Arms sind.

20. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die bestimmten vorderen Teile einen Ausleger (1a) und einen Arm (1b) eines hydraulischen Baggers enthalten und die zweiten Steuerleitungen Steuerleitungen (44b, 45a, 45b) auf der Seite für ein Senken des Auslegers, ein Anziehen des Arms und Absenken des Arms sind.

21. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, das ferner eine Modusschalteinrichtung (20) umfaßt, die zur Auswahl jedes von mehreren Arbeitsmodi einschließlich eines normalen Modus und eines Fertigstellungsmodus geeignet ist, wobei die erste Signalveränderungseinrichtung (9eA) ein Auswahlsignal von der Modusschalteinrichtung (20) empfängt und die Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen (4a, 4b; 14a - 14c) derart verändert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau (1A) innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs kleiner als im Falle der Auswahl des normalen Modus wird, wenn durch die Modusschalteinrichtung der Fertigstellungsmodus ausgewählt wird.

22. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Signalveränderungseinrichtung (9eB) einen Abstand (X) zwischen der Position einer bestimmten Stelle des vorderen Aufbaus und dem Körper einer Baumaschine auf der Grundlage des von der ersten Berechnungseinrichtung (9b; 9c, 9d) berechneten Werts erkennt und die Steuersignale von den Manipulationseinrichtungen (4a, 4b; 14a - 14c) derart verändert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zu der Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau (1A) innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, und ferner die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs ebenfalls verringert wird, wenn der Abstand (X) groß wird.

23. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Erfassungseinrichtung mehrere Winkelsensoren (8a - 8c) zur Erfassung von Drehwinkeln der mehreren vorderen Teile (1a - 1c) aufweist.

24. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Erfassungseinrichtung mehrere Verschiebungssensoren (10a - 10c) zur Erfassung von Hüben der mehreren Stellglieder (3a - 3c) aufweist.

25. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Erfassungseinrichtung einen Neigungswinkelsensor (8d) zur Erfassung eines Neigungswinkels eines Körpers (1B) der Baumaschine aufweist.

26. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die mehreren angetriebenen Teile ferner einen Unterbau (1e) und einen horizontal schwenkbar auf dem Unterbau montierten oberen Aufbau (1d) aufweisen, der ein Basisende des vorderen Aufbaus (1A) vertikal drehbar hält, und die erste Erfassungseinrichtung einen Schwenkwinkelsensor (8e) zur Erfassung eines Schwenkwinkels des oberen Aufbaus aufweist.

27. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die erste Erfassungseinrichtung einen Positions-/Stellungssensor (8f) zur Erfassung der Position und der Stellung des Körpers (1B) der Baumaschine aufweist.

28. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 12, bei dem die zweite Erfassungseinrichtung in den Steuerleitungen des Manipulationssystems angeordnete Drucksensoren (60a - 61b) aufweist.

29. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die bestimmten vorderen Teile einen Ausleger (1a) und einen Arm (1b) eines hydraulischen Baggers enthalten.

30. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die bestimmten vorderen Teile einen versetzten Ausleger (100) und einen Arm (101) eines seitlich versetzt arbeitenden hydraulischen Baggers enthalten.

31. Steuersystem zur Bereichsbegrenzung beim Ausschachten für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die bestimmten vorderen Teile einen ersten und einen zweiten Ausleger (200a, 200b) und einen Arm (201) eines hydraulischen Baggers mit einem zweiteiligen Ausleger enthalten.