DE69636494T2

DE69636494T2 - Baggerbereich-festlegungsgerät zur steuerung der arbeitsbereichsbegrenzung des baggerns für eine baumaschine

Info

Publication number: DE69636494T2
Application number: DE69636494T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Watanabe; Toichi Hirata; Inayoshihigashi 5-chome Masakazu 9-8 HAGA; Inayoshiminami Kazuo Tsukuba-ryo 4-1 FUJISHIMA
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JP3609164B2; EP0790355B1; CN1064426C; CN1157020A; EP0790355A4; KR970705678A; WO1997007296A1; KR100191392B1; EP0790355A1; DE69636494D1; JPH0953253A

Description

Die Erfindung betrifft eine Baumaschine mit einem Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem mit einem Aushubbereich-Einstellsystem, wobei die Baumaschine, wie ein hydraulischer Bagger, mehrere Frontglieder aufweist, die ein mehrgelenkiges Frontgerät zum Ausführen von Grabarbeiten bilden, bei denen der Bereich begrenzt wird, innerhalb dessen das Frontgerät bewegt werden kann.
Als typisches Beispiel für eine Baumaschine ist ein hydraulischer Bagger bekannt. Ein hydraulischer Bagger besteht aus einem Frontgerät, das einen Ausleger, einen Arm und eine Schaufel umfaßt, die jeweils vertikal schwenkbar sind, und einem Körper, der eine obere Struktur und ein Fahrgestell umfaßt. Der Ausleger des Frontgeräts wird an seinem Basisende vom vorderen Abschnitt der oberen Struktur gehalten. Ein derartiger hydraulischer Bagger ist eine Baumaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Frontgerät über einen weiten Bereich bewegt werden kann. Dieses Merkmal ist unter dem Gesichtspunkt der Arbeit einerseits zweckmäßig, macht es andererseits jedoch erforderlich, daß der Bediener die Betätigung sorgfältig ausführt, wenn der hydraulische Bagger für Arbeiten eingesetzt wird, bei denen der Boden in einer bestimmten Konfiguration aufgegraben werden soll und verhindert werden sollte, daß das Frontgerät übermäßig darüber hinausragt.
In Anbetracht des Vorstehenden wird vorgeschlagen, den Bereich zu begrenzen, innerhalb dessen das Frontgerät arbeiten kann, wie beispielsweise in der JP-A-4-136324 offenbart. Als Verfahren zum Einstellen einer Bereichsgrenze (eines Bereichs, in den nicht eingetreten werden darf), ist in der JP-A-4-136324 ein Verfahren offenbart, bei dem das vordere Ende eines Frontgeräts (eine Zinke der Schaufel) zur Bereichsgrenze (dem Bereich, in den nicht eingetreten werden darf) bewegt und die Position der Bereichsgrenze gespeichert werden oder die Bereichsgrenze über eine Steuerkonsole in Form numerischer Werte eingegeben wird.
Ferner werden bei einem hydraulischen Bagger die Frontglieder, wie ein Ausleger, durch jeweilige manuelle Steuerhebel betätigt. Da die Frontglieder für eine Schwenkbewegung über Gelenke miteinander gekoppelt sind, ist es jedoch sehr schwierig, durch Betätigen der Frontglieder Aushubarbeiten innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, insbesondere eines durch lineare Linien eingestellten Bereichs, auszuführen. Aus diesem Grund besteht Bedarf an einer Möglichkeit, derartige Arbeiten automatisch auszuführen. Wenn ein hydraulischer Bagger so konstruiert ist, daß er die Funktion einer Automatisierung derartiger Arbeiten aufweist, verändern sich Stellung und Höhe des hydraulischen Baggers selbst aufgrund der Veränderungen der Topographie der Arbeitsstelle, wenn der Körper des Baggers bewegt wird. Dies bedeutet, daß der in bezug auf den Körper eingestellte Bereich erneut eingestellt werden muß, wann immer der Körper bewegt wird.
In Anbetracht des Vorstehenden wird in der JP-A-3-295933 ein automatisches Aushubverfahren zur Erleichterung der innerhalb eines begrenzten Bereichs auszuführenden Arbeiten vorgeschlagen. Das vorgeschlagene automatische Aushubverfahren umfaßt die Schritte der Erfassung der Höhe des Baggerkörpers mittels eines am Körper montierten Sensors unter Verwendung eines Laserstrahls von einem auf dem aufzugrabenden Boden installierten Laseroszillator, der Bestimmung einer Grabtiefe (die bei der vorstehend beschriebenen verwandten Technik der Bereichsgrenze entspricht) auf der Grundlage der erfaßten Höhe des Körpers, des linearen Aufgrabens des Bodens über eine vorgegebene Strecke bei angehaltenem Körper, des anschließenden Verfahrens des Körpers um eine vorgegebene Strecke, der Erfassung der Veränderung der Höhe des Körpers unter Verwendung des Laserstrahls beim erneuten linearen Aufgraben des Bodens bei angehaltenem Körper und der Modifikation der Grabtiefe entsprechend der erfaßten Veränderung der Körperhöhe.
Ebenso ist in der US 4 829 418 ein weiteres automatisches Aushubverfahren vorgeschlagen, das zum Ausheben eines eingestellten linearen Bereichs unter Verwendung eines Laserstrahls geeignet ist. Das vorgeschlagene automatische Aushubverfahren umfaßt die Schritte der Einstellung einer gewünschten Aushubtiefe (HTTRGT) mit einem Laserstrahl als Grundlage, der Montage eines Lasersensors an einem Arm, der Berechnung des Abstands (HTACT) zwischen dem Laserstrahl und einer Schaufelzinke eines Frontgeräts in dem Moment, in dem der Lasersensor beim Ausheben den Laserstrahl erfaßt, und der derartigen Steuerung der zugeordneten Stellglieder entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs zwischen HTTRGT und HTACT, daß die Schaufelzinke in die Nähe der gewünschten Aushubtiefe bewegt wird.
Bei den vorstehend beschriebenen verwandten Techniken treten jedoch die folgenden Probleme auf.
Zunächst wird die eingestellte Tiefe der Bereichsgrenze bei der in der JP-A-4-136324 offenbarten, verwandten Technik ebenfalls entsprechend verändert, wenn sich die Stellung und Höhe des hydraulischen Baggers selbst bei einer Bewegung des Körpers aufgrund einer Veränderung der Topographie der Arbeitsstelle verändern, da die Bereichsgrenze (der Bereich, in den nicht eingetreten werden darf) mit dem Körper als Grundlage eingestellt wird. Ist die Bodenoberfläche beispielsweise geneigt, verändert sich die eingestellte Tiefe bei einer Bewegung des Körpers entsprechend der Neigung der Bodenoberfläche, und daher ist die eingestellte Ebene der Bereichsgrenze ebenfalls geneigt.
Als nächstes kann bei der in der JP-A-2-295933 offenbarten, verwandten Technik eine Veränderung der Fahrzeughöhe bei einer Bewegung des Körpers kompensiert werden. Da die Aushubtiefe jedoch mit dem Körper als Basis eingestellt wird, wenn sie über eine Steuerkonsole eingestellt wird, akkumulieren sich Herstellungstoleranzen des Körpers bzw. Toleranzen der Genauigkeit und der Montage der Winkelsensoren zum Messen der Position und Stellung des Frontgeräts zur Verwendung bei der Steuerung als Fehler, wenn bei der Aushubsteuerung die Position der Schaufelspitze berechnet wird, und die Tiefe, bis zu der der Boden tatsächlich aufgegraben wird, stimmt nicht mit der eingestellten Aushubtiefe überein. Dementsprechend kann das Ausheben nicht entsprechend der Einstellung ausgeführt werden.
Da die Aushubtiefe vom Körper ebenfalls verändert wird, wenn die Körperhöhe bei einer Bewegung des Körpers verändert wird, wird auch die resultierende Veränderung der Aushubtiefe durch Fehler der Sensoren zum Messen der Position und Stellung des Frontgeräts beeinträchtigt, und die Aushubtiefe vor und nach der Veränderung der Körperhöhe wird unterschiedlich.
Damit der Laserstrahl selbst dann sicher auf den Sensor zu seiner Erfassung auftrifft, wenn die Körperhöhe verändert wird, müssen ferner zahlreiche Sensoren in übereinander an dem Körper montiert werden, was eine umfangreiche und komplizierte Sensorausstattung zur Folge hat.
Da die Körperhöhe unter Verwendung des am Körper montierten Sensors kompensiert wird, ist zudem die Körperhöhe, die kompensiert werden kann, entsprechend den von der Sensorgröße gesetzten Grenzen eingeschränkt.
Bei der in der US-A 4 829 418 offenbarten, verwandten Technik können die Probleme der vorstehend beschriebenen, in der JP-A-4-136324 und der JP-A-3-295933 offenbarten, verwandten Techniken bis zu einem gewissen Grad gelöst werden. Da bei der in der US-A 4 829 418 offenbarten, verwandten Technik die Aushubtiefe mit dem Laserstrahl als Basis eingestellt wird, tritt jedoch das Problem auf, daß das vorgeschlagene, automatische Aushubverfahren nicht zur Verwendung bei einer Aushubsteuerung geeignet ist, bei der die für die Steuerung erforderlichen Berechnungen mit dem Körper als Basis vorgenommen werden, beispielsweise bei der von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung in der PCT/JP95/00843 (entspricht der EP 707 118 A1 ) vorgeschlagenen Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung, und es kann keine zuverlässige Steuerung gewährleistet werden.
Genauer haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung in der PCT/JP95/00843 ein Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem vorgeschlagen, bei dem ein Sollgeschwindigkeitsvektor zur Steuerung eines Frontgeräts mit dem Körper als Basis berechnet wird und bei einer Annäherung des Frontgeräts an die Grenze eines vorab eingestellten Aushubbereichs die Bewegungsgeschwindigkeit des Frontgeräts in der Richtung zur Grenze durch eine derartige Modifikation des berechneten Sollgeschwindigkeitsvektors begrenzt wird, daß das Frontgerät entlang der Grenze bewegt wird. Da eine derartige Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung verschiedene Steuervariablen erfordert, die den mit dem Körper als Basis zu berechnenden Sollgeschwindigkeitsvektor betreffen, können die Daten zur Einstellung eines Aushubbereichs, der mit dem Laserstrahl als Basis eingestellt wird, wie gemäß der US-A 4 829 418, nicht direkt verwendet werden. Daher müssen die Einstelldaten auf der Grundlage des Laserstrahls modifiziert werden, um bei einer Berechnung auf der Grundlage des Körpers brauchbar zu sein. Die Speicherkapazität einer Steuereinheit ist jedoch begrenzt, und bei einer komplizierteren Berechnung wird die Berechnungsdauer verlängert. Genauer tritt eine Verzögerung des Steuerungsprozesses auf, wenn bei der Aushubsteuerung eine komplizierte Berechnung durchgeführt wird, und die Schaufelspitze kann über die Grenze des eingestellten Bereichs hinaus bewegt werden.
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung bei Baumaschinen zu schaffen, bei der die Einstellung des Aushubbereichs selbst dann nicht verändert wird, wenn die Körperhöhe bei einer Bewegung eines Körpers verändert wird.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung bei Baumaschinen zu schaffen, bei der die Auswirkungen von Fehlern, wie Fertigungstoleranzen des Körpers oder Toleranzen der Genauigkeit und der Montage der Winkelsensoren zum Messen der Position und Stellung eines Frontgeräts zur Verwendung bei der Steuerung, verringert werden und so eine Ausschachtung mit geringeren Abweichungen von dem eingestellten Aushubbereich ausgeführt werden kann.
Es ist eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung bei Baumaschinen zu schaffen, bei der die Einstellung eines Aushubbereichs selbst dann nicht verändert wird, wenn die Körperhöhe bei einer Bewegung des Körpers verändert wird, und eine durch die Auswirkungen von Fehlern der Winkelsensoren zum Messen der Position und Stellung des Frontgeräts verursachte Veränderung der Aushubtiefe gering ist.
Es ist eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung bei Baumaschinen zu schaffen, bei der die Bewegung eines Körpers ohne die Notwendigkeit eines großen und komplizierten Sensors kompensiert werden kann.
Es ist eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung bei Baumaschinen zu schaffen, bei der die Bewegung eines Körpers über einen weiten Bereich kompensiert werden kann.
Es ist eine sechste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung bei Baumaschinen zu schaffen, bei der eine für eine Aushubsteuerung, bei der die Berechnungen mit dem Körper als Basis ausgeführt werden, geeignete Einstellung eines Aushubbereichs erfolgen und die Zuverlässigkeit der Aushubsteuerung gewährleistet werden können.
Zur Lösung der vorstehend aufgeführten ersten bis sechsten Aufgabe weist die erfindungsgemäße Baumaschine die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Bei einem Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung für Baumaschinen mit mehreren vertikal schwenkbaren Frontgliedern, die ein mehrgelenkiges Frontgerät bilden, und einem Körper zum Tragen des Frontgeräts wird die Aushubsteuerung ausgeführt, um einen Sollgeschwindigkeitsvektor zur Steuerung des Frontgeräts auf der Basis des Körpers zu berechnen, den Sollgeschwindigkeitsvektor zur Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Frontgeräts in der Richtung der Grenze eines vorbestimmten Aushubbereichs zu modifizieren, wenn das Frontgerät dicht an die Grenze des Aushubbereichs gelangt, und das Frontgerät entlang der Grenze des Aushubbereichs zu bewegen. Das Aushubbereich-Einstellsystem umfaßt (a) ein äußeres Referenzglied, das außerhalb der Baumaschine installiert ist und eine äußere Referenz liefert, die als Referenzposition für den Aushubbereich dient, (b) ein am Frontgerät angeordnetes Frontreferenzglied, das eine als zum Ausrichten des Frontgeräts an der äußeren Referenz verwendetes Ziel dienende Frontreferenz liefert, (c) Erfassungsmittel zur Erfassung der die Position und die Stellung des Frontgeräts angebenden Statusvariablen, (d) erste Berechungsmittel zur Berechnung der Position und Stellung des Frontgeräts auf der Basis des Körpers anhand von Signalen der Erfassungsmittel, (e) erste Einstellmittel zum Einstellen des Aushubbereichs anhand der Positionsbeziehung zur äußeren Referenz, (f) zweite Berechnungsmittel zur Berechnung einer Positionsbeziehung zwischen dem Körper und der äußeren Referenz basierend auf die von den ersten Berechnungsmitteln berechnete Position und Stellung des Frontgeräts betreffenden Informationen, wenn die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet, und zur Berechnung einer Positionsbeziehung zwischen dem Körper und dem Aushubbereich anhand der Positionsbeziehung zwischen dem Körper und der äußeren Referenz und der Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz und dem von den ersten Einstellmitteln eingestellten Aushubbereich und (g) zweite Einstellmittel zum Einstellen eines Aushubbereichs auf der Grundlage des Körpers anhand der Positionsbeziehung zwischen dem Körper und dem von den zweiten Berechnungsmitteln berechneten Aushubbereich.
Wenn die Frontreferenz bei der wie vorstehend ausgeführt konstruierten vorliegenden Erfindung mit der äußeren Referenz fluchtet, verändern die zweiten Berechnungsmittel die Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz und dem von dem ersten Einstellmittel eingestellten Aushubbereich, um die Positionsbeziehung zwischen dem Körper und dem Aushubbereich zu berechnen, und die zweiten Einstellmittel stellen den Aushubbereich auf der Basis des Körpers ein. Daher kann der Bediener Aushubarbeiten ausführen, während durch eine Bewegung des Körpers verursachte Veränderungen der Körperhöhe kompensiert werden, wann immer sie auftreten. Dadurch bleibt die Einstellung des Aushubbereichs selbst bei einer Veränderung der Körperhöhe bei einer Bewegung des Körpers unverändert, wodurch Aushubarbeiten auf der Basis der äußeren Referenz stets mit einer vorgegebenen Tiefe ausgeführt werden können.
Ferner ist das Frontreferenzglied an dem tatsächlich auf den Boden einwirkenden Frontgerät angeordnet, und der Aushubbereich wird anhand der Position und Stellung des Frontgeräts, die sich ergeben, wenn die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet, auf der Basis des Körpers eingestellt. Daher werden die Auswirkungen von Fehlern, wie Fertigungstoleranzen des Körpers oder Toleranzen der Genauigkeit und der Montage der Frontreferenz, der Erfassungsmittel, etc., auf die Einstellung des Aushubbereichs durch die Berechungen für die Einstellung des Aushubbereichs und die Berechnungen zur Aushubsteuerung aufgehoben. Wenn bei der Aushubsteuerung die Position des Frontgeräts berechnet wird, wird dementsprechend das Ergebnis der Berechnungen weniger von den vorstehend erwähnten Toleranzen und anderen Genauigkeitsfehlern beeinträchtigt, als bei dem herkömmlichen Verfahren zur Erfassung eines Referenzlichts durch einen am Körper montierten Sensor, und das Ausheben kann entsprechend der Einstellung mit einem geringeren Unterschied zum eingestellten Aushubbereich präzise ausgeführt werden.
Da die Einstellung durch die Fehler der Erfassungsmittel zum Messen der Position und Stellung des Frontgeräts selbst dann weniger beeinträchtigt wird, wenn sich die Aushubtiefe in bezug auf den Körper bei einer Bewegung des Körpers aufgrund einer Veränderung der Körperhöhe ändert, sind die Auswirkungen der Fehler der Erfassungsmittel auf das Ausmaß der Veränderung der Aushubtiefe so gering, daß eine Veränderung der Aushubtiefe vor und nach der Veränderung der Körperhöhe verhindert wird.
Da die Modifikation der Positionsbeziehung durch die zweiten Berechnungsmittel erfolgt, wenn die Frontreferenz durch Bewegen des Frontgeräts mit der äußeren Referenz in Flucht gebracht wird, kann die Bewegung des Körpers durch das Anordnen des Frontreferenzglieds, das als kleines und einfaches Element ausgebildet sein kann, an dem Frontgerät kompensiert werden.
Ähnlich können Bewegungen des Körpers aufgrund der Tatsache, daß das Frontgerät über einen breiten Bereich bewegt werden kann, über einen breiten Bereich kompensiert werden, da die Modifikation der Positionsbeziehung durch die zweiten Berechnungsmittel durch derartiges Bewegen des Frontgeräts erfolgt, daß die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet.
Da bei der Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung, für die die vorliegende Erfindung verwendet wird, der Sollgeschwindigkeitsvektor zur Steuerung des Frontgeräts auf der Grundlage des Körpers berechnet und die Bewegung des Frontgeräts durch Modifizieren des Sollgeschwindigkeitsvektors gesteuert werden, müssen bei der Aushubsteuerung verschiedene den Sollgeschwindigkeitsvektor betreffende Variablen auf der Basis des Körpers berechnet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Einstellsystem sind zusätzlich zu den ersten Einstellmitteln die zweiten Berechnungsmittel und die zweiten Ein stellmittel vorgesehen, die zweiten Einstellmittel berechnen durch Modifizieren der Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz und dem von den ersten Einstellmitteln eingestellten Aushubbereich die Positionsbeziehung zwischen dem Körper und dem Aushubbereich, und die zweiten Einstellmittel stellen den Aushubbereich auf der Basis des Körpers ein, wie bei der Aushubsteuerung. Daher können die durch die zweiten Einstellmittel bestimmten Einstelldaten für den Aushubbereich unverändert für die Berechnungen bei der Aushubsteuerung verwendet werden, wodurch die Berechnungen bei der Aushubsteuerung vereinfacht werden können. Dadurch können die erforderlichen Berechnungen mit einer begrenzten Speicherkapazität innerhalb eines Augenblicks ausgeführt werden, und eine hoch zuverlässige Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung kann verwirklicht werden, ohne daß eine Verzögerung verursacht wird.
Das Aushubbereich-Einstellsystem umfaßt ferner vorzugsweise (f) einen äußeren Referenzeinstellschalter, der gedrückt wird, wenn sich die Frontreferenz in Flucht mit der äußeren Referenz befindet, und die zweiten Berechnungsmittel führen die Berechnung durch, wenn der äußere Referenzeinstellschalter gedrückt ist.
Durch dieses Merkmal kann der Aushubbereich von den zweiten Berechnungsmitteln vorab durch Bewegen des Frontgeräts und Drücken des äußeren Referenzeinstellschalters auf der Basis des Körpers eingestellt werden, wenn die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet, bevor die Arbeit unter der Aushubsteuerung begonnen wird. Daher sind bei der Aushubsteuerung keine Berechnungen zur Einstellung des Aushubbereichs erforderlich, und die Menge der bei der Aushubsteuerung auszuführenden Berechnungen wird reduziert, was zu einer noch zuverlässigeren Bereichsbegrenzungs- Aushubsteuerung mit einer noch sichereren Verhinderung einer Verzögerung führt.
Vorzugsweise sind die ersten Einstellmittel Mittel zum Einstellen der Tiefe von der äußeren Referenz zu der Grenze zwischen dem Aushubbereich und einem Bereich, in den nicht eingetreten werden darf. Durch einen derartigen Aufbau der ersten Einstellmittel kann ein Aushubbereich eingestellt werden, dessen Grenze zu dem Bereich, in den nicht eingetreten werden darf, eine horizontale Ebene ist.
Vorzugsweise sind die ersten Einstellmittel Mittel zum Einstellen Tiefe von der äußeren Referenz zu einem Referenzpunkt des Aushubbereichs, eines Abstands zwischen dem Körper und dem Referenzpunkt und eines Neigungswinkels der Grenze des Aushubbereichs. Durch einen derartigen Aufbau der ersten Einstellmittel kann ein schräger Aushubbereich eingestellt werden.
Ferner sind die ersten Einstellmittel vorzugsweise Mittel zum Einstellen der Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz und dem Aushubbereich basierend auf den Eingangsdaten aus einem Einstellgerät. Durch dieses Merkmal ist bei einer Vornahme des Einstellvorgangs der so konstruierten ersten Einstellmittel vor dem Beginn der Arbeiten kein Bedienungshelfer erforderlich, um das Frontgerät zu Beginn der Arbeiten bzw. bei einem Verfahren des Körpers an eine andere Stelle auf der Grenze des Aushubbereichs zu positionieren. Ferner kann die zur Vornahme der Einstellung entsprechend den Anweisungen des Bedienungshelfers erforderliche Zeit eingespart werden, und die Arbeitszeit kann verkürzt werden.
Vorzugsweise können die ersten Einstellmittel Mittel zum Berechnen der Position des äußersten Endes des Frontgeräts, die eingenommen wird, wenn das Frontgerät bewegt wird und das äußerste Ende des Frontgeräts an die Grenze des eingestellten Bereichs gelangt, basierend auf von den ersten Berechnungsmitteln berechneten Informationen über die Lage und die Ausrichtung des Frontgeräts, Mittel zum Berechnen einer Position der Frontreferenz, die eingenommen wird, wenn das Frontgerät bewegt wird und die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet, basierend auf den von den ersten Berechnungsmitteln berechneten Informationen über die Position und Ausrichtung des Frontgeräts und Mittel zum Berechnen und Speichern der Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz und dem Aushubbereich anhand der Position des äußeren Endes des Frontgeräts und der Position der Frontreferenz umfassen. Durch einen derartigen Aufbau der ersten Einstellmittel wird die Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz und dem Aushubbereich auf der Grundlage der Position des äußersten Endes des Frontgeräts, die eingenommen wird, wenn das äußerste Ende des Frontgeräts zur Grenze des eingestellten Bereichs gelangt, und der Position der Frontreferenz berechnet und gespeichert, die eingenommen wird, wenn die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchet. Daher können der Aushubbereich durch eine direkte Programmierung eingestellt und ein gewünschter Aushubbereich abhängig von den Arbeitsbedingungen präzise eingestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem für Baumaschinen mit einem Aushubbereich-Einstellsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein hydraulisches Antriebssystem zeigt;
2 ist eine Ansicht, die das Erscheinungsbild eines hydraulischen Baggers, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, sowie die Form eines eingestellten Bereichs um den Bagger zeigt;
3 ist eine Ansicht, die das Erscheinungsbild einer Einstellvorrichtung zeigt;
4 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einem Aushubbereich und einer äußeren Referenz zeigt, wenn der Aushubbereich von dem Aushubbereich-Einstellsystem gemäß der ersten Ausführungsform eingestellt wird;
5 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration des Aushubbereich-Einstellsystem gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozeßablauf der ersten Einstellmittel des Aushubbereich-Einstellsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozeßablauf der zweiten Berechnungsmittel und der zweiten Einstellmittel des Aushubbereich-Einstellsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8 ist ein funktionales Blockdiagramm, das sämtliche Steuerungsfunktionen der Steuereinheit zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Wegs zeigt, entlang dem die Schaufelspitze bewegt wird, wenn die Richtungsänderungssteuerung entsprechend den Berechungen bei der Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung ausgeführt wird;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Wegs zeigt, entlang dem die Schaufelspitze bewegt wird, wenn eine Rückführsteuerung entsprechend den Berechungen bei der Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung ausgeführt wird;
11 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein äußeres Referenzglied in einem Graben installiert wird, wenn kein geeigneter Ort verfügbar ist, an dem das äußere Referenzglied auf dem gleichen Niveau wie der Körper des Baggers installiert werden kann;
12 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einem Aushubbereich und einer äußeren Referenz zeigt, wenn der Aushubbereich von einem Aushubbereich-Einstellsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform eingestellt wird;
13 ist eine Ansicht, die das Erscheinungsbild der bei der zweiten Ausführungsform verwendeten Einstellvorrichtung zeigt;
14 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozeßablauf bei den ersten Einstellmitteln des Aushubbereich-Einstellsystems gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozeßablauf bei den zweiten Berechnungsmitteln und den zweiten Einstellmitteln des Aushubbereich-Einstellsystems gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
16 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Aushubbereich und einer äußeren Referenz zeigt, wenn der Aushubbereich von einem Aushubbereich-Einstellsystem gemäß einer dritten Ausführungsform eingestellt wird;
17 ist ein Ablaufdiagramm, daß einen Prozeßablauf der ersten Einstellmittel bei dem Aushubbereich-Einstellsystem gemäß der dritten Ausführungsform zeigt; und
18 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen den Einstelldaten für den ursprünglich eingestellten Aushubbereich und nach einer Bewegung zeigt, wenn der Aushubbereich von dem Aus hubbereich-Einstellsystem gemäß der dritten Ausführungsform eingestellt wird.
BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Gemäß 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–3f vorgesehene Steuerhebeleinheiten 4a–4f, mehrere zwischen der Hydraulikpumpe 2 und den mehreren hydraulischen Stellgliedern 3a–3f angeschlossene Stromventile 5a–5f zum Steuern der jeweiligen Strömungsmengen des den hydraulischen Stellgliedern 3a–3f zugeführten Hydraulikfluids und ein Entlastungsventil 6, das geöffnet wird, wenn der Druck zwischen der Hydraulikpumpe 2 und den Stromventilen 5a–5f einen vorab eingestellten Wert überschreitet. Die vorstehend genannten Komponenten bilden gemeinsam ein hydraulisches Antriebssystem zum Antreiben der angetriebenen Elemente des hydraulischen Baggers.
Wie in 2 gezeigt, ist der hydraulische Bagger aus einem Frontgerät 1A mit mehreren Gelenken, das einen Ausleger 1a, einen Arm 1b und eine Schaufel 1c umfaßt, die jeweils in vertikaler Rich tung schwenkbar sind, und einem Körper 1B zusammengesetzt, der eine obere Struktur 1d und ein Fahrgestell 1e umfaßt. Der Ausleger 1a des Frontgeräts 1A wird an seinem Basisende von einem vorderen Abschnitt der oberen Struktur 1d getragen. Der Ausleger 1a, der Arm 1b, die Schaufel 1c, die obere Struktur 1d und das Fahrgestell 1e dienen als angetriebene Elemente, die jeweils von dem Auslegerzylinder 3a, dem Armzylinder 3b, dem Schaufelzylinder 3c, dem Schwenkmotor 3d und dem linken und dem rechten Verfahrmotor 3e, 3f angetrieben werden. Die angetriebenen Elemente werden entsprechend Anweisungen von den Steuerhebeleinheiten 4a bis 4f betätigt.
Gemäß 1 gehören die Steuerhebeleinheiten 4a–4f jeweils dem hydraulisch gesteuerten Typ an und treiben ein entsprechendes der Stromventile 5a–5f mit einem Steuerdruck an. Jede der Steuerhebeleinheiten 4a–4f umfaßt einen vom Bediener betätigten Steuerhebel 40 und zwei (nicht dargestellte) Druckreduzierventile zur Erzeugung eines Steuerdrucks in Abhängigkeit von der Eingangsgröße und der Richtung, mit der der Steuerhebel 40 betätigt wird. Die Druckreduzierventile sind an primären Anschlüssen an eine Steuerpumpe 43 und an sekundären Anschlüssen über Steuerleitungen 44a, 44b; 45a, 45b; 46a, 46b; 47a, 47b; 48a, 48b; 49a, 49b an entsprechende der hydraulischen Antriebsabschnitte 50a, 50b; 51a, 51b; 52a, 52b; 53a, 53b; 54a, 54b, 55a, 55b der Stromventile angeschlossen.
In dem wie vorstehend ausgeführt konstruierten hydraulischen Bagger ist ein Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem mit einem Aushubbereich-Einstellsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen. Das Steuersystem umfaßt eine Einstellvorrichtung 7 zur Erzeugung einer Anweisung zum Einstellen eines Aushubbe reichs, innerhalb dessen ein vorgegebener Teil des Frontgeräts, beispielsweise die Spitze der Schaufel 1c, bewegt werden kann, in Abhängigkeit von der vorab geplanten Arbeit, jeweils an den Schwenkpunkten des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c angeordnete Winkelsensoren 8a, 8b, 8c zur Erfassung jeweiliger Drehwinkel dieser als die Position und Stellung des Frontgeräts 1A betreffende Statusvariablen, einen Neigungssensor 8d zur Erfassung des Neigungswinkels θ des Körpers 1B nach vorne und hinten, in den mit den Steuerhebeleinheiten 4a, 4b für den Ausleger und den Arm verbundenen Steuerleitungen 44a, 44b; 45a, 45b vorgesehene Drucksensoren 60a, 60b; 61a, 61b zur Erfassung der jeweils über die Steuerhebeleinheiten 4a, 4b eingegebenen Steuerdrücke, ein außerhalb des hydraulischen Baggers installiertes äußeres Referenzglied 80 (siehe 2, „äußeres Referenzglied", nachstehend auch als „äußere Referenz" bezeichnet), das eine äußere Referenz bildet, die eine Referenzposition in bezug auf den Aushubbereich anzeigt, ein an einer Seite des Arms 1b des Frontgeräts 1A angebrachtes Frontreferenzglied 70 (siehe 2, „Frontreferenzglied", nachstehend auch als „Frontreferenz" bezeichnet), das eine Frontreferenz als Ziel bildet, anhand dessen das Frontgerät 1A auf die äußere Referenz kalibriert wird, einen Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz, der gedrückt wird, wenn die Frontreferenz 70 durch eine Betätigung des Frontgeräts 1A mit der äußeren Referenz 80 in Flucht gebracht wurde, eine Steuereinheit 9 zum Empfangen eines Initialisierungssignals von der Einstellvorrichtung 7 und von Erfassungssignalen von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c und dem Neigungssensor 8d, von Erfassungssignalen von den Drucksensoren 60a, 60b; 61a, 61b und eines Eingangssignals vom Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz, zum Einstellen eines Aushubbereichs, innerhalb dessen die Spitze der Schaufel 1c bewegt werden kann, und zum Ausgeben e lektrischer Signale zum Ausführen einer Aushubsteuerung innerhalb des begrenzten Bereichs, von den von der Steuereinheit 9 ausgegebenen elektrischen Signalen angetriebene elektromagnetische Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b und ein Wechselventil 12. Das Wechselventil 12 ist in der Steuerleitung 44a angeordnet und dient der Auswahl des höheren aus dem Steuerdruck in der Steuerleitung 44a und dem von dem elektromagnetischen Proportionalventil 10a aufgebrachten Steuerdruck und dem anschließenden Aufbringen des ausgewählten Drucks auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a. Die elektromagnetischen Proportionalventile 10b, 11a, 11b zur Verringerung der Steuerdrücke in den Steuerleitungen entsprechend den jeweiligen, an sie angelegten, elektrischen Signalen und zur Ausgabe der verringerten Steuerdrücke sind jeweils in den Steuerleitungen 44b, 45a, 45b angeordnet.
Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird das Aushubbereich-Einstellsystem gemäß dieser Ausführungsform von der Einstellvorrichtung 7, dem äußeren Referenzglied 80, dem Frontreferenzglied 70, dem Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz, den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c, dem Neigungssensor 8d und den folgenden Funktionen der Steuereinheit 9 gebildet.
Wie in 3 gezeigt, umfaßt die Einstellvorrichtung 7 Hebe- und Senkknöpfe 7a, 7b zur Eingabe einer Tiefe des Aushubbereichs, eine Anzeige 7e zum Anzeigen der eingegebenen Tiefe und einen Bereichseinstellschalter 7f zur Ausgabe der eingegebenen Tiefe als Einstellsignal für die Steuereinheit 9 zur Vorgabe der Einstellung des Aushubbereichs. Die Knöpfe, etc. der Einstellvorrichtung können am Griff eines geeigneten Steuerhebels vorgesehen sein. Die Einstellung des Aushubbereichs kann auch durch jedes andere geeignete Verfah ren erfolgen, beispielsweise unter Verwendung von IC-Karten, Strichcodes oder drahtloser Kommunikation.
Das äußere Referenzglied 80 ist beispielsweise eine Grundlinienschnur, die sich horizontal zwischen den Pfosten 8a erstreckt, wie in 2 gezeigt. Die Grundlinienschnur wird an Baustellen häufig zum Anzeigen einer Bezugslinie verwendet. Das äußere Referenzglied 80 kann jedes andere Element sein, beispielsweise ein einfacher Pfosten, so lange der Bediener des hydraulischen Baggers die äußere Referenz durch es bestätigen kann.
Das Frontreferenzglied 70 ist, wie in 4 gezeigt, eine an einer Position an dem Frontgerät 1A, die vom Bediener bestätigt werden kann, vorgesehene Markierung. Die Markierung 70 kann beispielsweise erzeugt werden, indem Stahl in die Form eines Pfeils gebracht und der Pfeil an eine vorgegebene Position an dem Frontgerät geschweißt wird.
Der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz wird im oben erwähnten Fall gedrückt, wenn das Frontgerät 1A in eine Position bewegt wurde, in der der als Frontreferenz 70 dienende Pfeil mit der als äußere Referenz 80 dienenden Grundlinienschnur fluchtet. Als Reaktion auf das Niederdrücken des Schalters 71 werden die Position der äußeren Referenz 80 erfaßt und die Positionsbeziehung zwischen dem Körper 1B des hydraulischen Baggers und der äußeren Referenz 80 (d.h. die Position der äußeren Referenz 80 in bezug auf den Körper) durch eine Berechnung eingestellt (wie später beschrieben).
Alternativ kann als äußeres Referenzglied 80 auch ein Referenzlaserstrahloszillator (ein Laserleuchtturm), der auf Baustellen herkömmlicher Weise für Vermessungen oder andere Zwecke verwendet wird, und als Frontreferenzglied 70 ein Lasersensor zur Erfassung des vom Laserleuchtturm emittierten Laserstrahls verwendet werden. In diesem Fall kann durch Einschalten einer Lampe, wenn der Strahl von dem Laserleuchtturm von dem Lasersensor erfaßt wird, und Drücken des Schalters 71 zum Einstellen der äußeren Referenz, sowie der Bediener das Einschalten der Lampe bestätigt, die gleiche Funktion wie bei der dargestellten Ausführungsform erfüllt werden.
Zur Minimierung der Auswirkungen der Herstellungstoleranzen des Körpers auf die Berechnungen zur Einstellung des Aushubbereichs ist das Frontreferenzglied 70 vorzugsweise so nahe bei der Spitze des Arms 1b angeordnet, wie es möglich ist, ohne daß die Arbeit beeinträchtigt wird, und wird an einer Position in der Nähe der Schaufel 1c, die tatsächlich auf die Erde einwirkt, an der äußeren Referenz 80 ausgerichtet. Der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz kann in das Einstellgerät 7 eingebaut sein.
Die Steuereinheit 9 stellt unter Verwendung des Einstellsignals von dem Einstellgerät 7 und der Erfassungssignale von dem Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz, den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c und dem Neigungssensor 8d einen Aushubbereich ein. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ein Verfahren zum Einstellen eines Aushubbereichs durch die Steuereinheit 9 beschrieben und eine Zusammenfassung der Verarbeitungsfunktionen der Steuereinheit 9 gegeben. Es wird darauf hingewiesen, daß der Aushubbereich durch Einstellen einer (nachstehend einfach als Grenze des Aushubbereichs bezeichneten) Grenze zwischen dem Aushubbereich und einem Bereich, in den nicht eingetreten werden darf, eingestellt wird und daß als Grenze des Aushubbereichs bei dieser Ausführungsform eine horizontale Ebene eingestellt wird.
Zum Einstellen des Aushubbereichs wird zunächst außerhalb des hydraulischen Baggers selbst eine Grundlinienschnur als äußeres Referenzglied 80 gespannt, wie in 4 gezeigt.
Dann gibt der Bediener eine Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zu der unter Verwendung der Einstellvorrichtung 7 einzustellenden Grenze des Aushubbereichs ein, wodurch die Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Aushubbereich entsprechend der Tiefe hr eingestellt wird. Anders ausgedrückt wird der Aushubbereich mit der Position der äußeren Referenz 80 als Referenz eingestellt. Diese Einstellung erfolgt durch eine Verarbeitungsfunktion der ersten Einstellmittel 100 der in 5 gezeigten Steuereinheit 9.
Als nächstes wird auf der Grundlage der aktuellen Position des Körpers des hydraulischen Baggers ein Aushubbereich eingestellt. Zu diesem Zweck bewegt der Bediener zunächst das Frontgerät 1A so, daß die am Arm 1b des Frontgeräts 1A vorgesehene Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet. Nach der Ausrichtung der beiden Referenzen drückt der Bediener den Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz. Während das Frontgerät 1A bewegt wird, werden die aktuelle Position und Stellung des Frontgeräts 1A von der Steuereinheit 9 durch eine Verarbeitungsfunktion der in 5 gezeigten ersten Berechnungsmittel 120 anhand der Signale von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c und dem Neigungssensor 8d berechnet. Wenn die am Arm 1b des Frontgeräts 1A vorgesehene Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet und der Bediener den Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz drückt, wird mittels einer in 5 gezeigten Verarbeitungsfunktion der zweiten Berechnungsmittel 140 als Positionsbeziehung zwischen dem Körper 1B und der äußeren Referenz 80 auf der Grundlage von zu diesem Zeitpunkt von den ersten Berechnungsmitteln 120 erhaltenen, die Position und Stellung des Frontgeräts 1A betreffenden Informationen eine Höhe hf vom Referenzpunkt O am Körper zur äußeren Referenz 80 berechnet. Da die Höhe hf ein Modifikationswert ist, wird die Tiefe hs der Grenze des Aushubbereichs in bezug auf den Referenzpunkt O des Körpers anhand des vorab eingestellten Werts hr (d.h. der Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Aushubbereich) berechnet. Dann wird auf der Grundlage des Körpers 1B des hydraulischen Baggers mittels einer in 5 gezeigten Verarbeitungsfunktion der zweiten der zweiten Einstellmittel 160 die Tiefe hs als Aushubbereich eingestellt. Nach Abschluß der Einstellung des Aushubbereichs auf der Basis des Körpers 1B des hydraulischen Baggers wird der Prozeßablauf mit der in 5 in Form eines Blockdiagramms dargestellten Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung fortgesetzt.
Hier fällt der Referenzpunkt O des Körpers mit dem Schwenkpunkt des Auslegers 1a zusammen und dient als Ursprung eines XY-Koordinatensystems, eines XbYb-Koordinatensystems und eines XcYc-Koordinatensystems (die später beschrieben werden), die bei der Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung für Berechnungen verwendet werden.
Die Einstellung des Aushubbereichs auf der Basis des Körpers 1B des hydraulischen Baggers wird ausgeführt, wann immer der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz gedrückt wird. Selbst wenn der hydraulische Bagger in eine andere Position verfahren wird, wird daher die Einstellung des Aushubbereichs in dieser Position erneut ausgeführt.
Die Einzelheiten der Funktion der ersten Einstellmittel 100 zur Einstellung der Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Aushubbereich sind in 6 in Form einer Prozeßablau fübersicht gezeigt. In 6 repräsentiert der von gestrichelten Linien umgebene Block eine vom Bediener des hydraulischen Baggers auszuführende Manipulation.
Zunächst bestimmt der Bediener unter Bezugnahme auf die Konstruktionszeichnungen und Arbeitsblätter, etc. eine Tiefe hd von der Bodenoberfläche zur einzustellenden Grenze des Aushubbereichs. Dann gibt der Bediener unter Verwendung der Knöpfe 7a, 7b der Einstellvorrichtung 7 den Wert der Tiefe hd ein und drückt den Bereichseinstellschalter 7f, nachdem er sich auf der Anzeige 7e rückversichert hat, daß der Wert eingegeben wurde. Die Steuereinheit 9 bestimmt in einem Schritt 101, ob der Bereichseinstellschalter 7f gedrückt wurde oder nicht. Wurde er nicht gedrückt, wiederholt die Steuereinheit 9 den Schritt 101, wurde er jedoch gedrückt, wird mit einem Schritt 102 fortgefahren. Im Schritt 102 wird anhand der folgenden Formel (1) die Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zur einzustellenden Grenze des Aushubbereichs berechnet: hr = hd – ho (1)
In der Formel (1) repräsentiert ho die Höhe der äußeren Referenz 80 (die Höhe von der Bodenoberfläche zur äußeren Referenz 80). Der Wert ho ist bekannt und wird vorab in der Steuereinheit 9 gespeichert. Dann fährt die Steuereinheit 9 mit einem Schritt 103 zum Speichern der Tiefe hr fort. Der Bediener kann die Höhe ho der äußeren Referenz 80 auch im Gedächtnis behalten und die Höhe hr einschließlich der Höhe ho unter Verwendung der Einstellvorrichtung 7 direkt eingeben. Alternativ kann ein Knopf zur Eingabe der Höhe ho der äußeren Referenz 80 so an dem Einstellgerät 7 vorgesehen sein, daß der eingestellte Wert der Höhe ho bei einer Manipulation durch den Bediener verändert werden kann.
Die Einzelheiten der Funktion der zweiten Berechnungsmittel 140 und der zweiten Einstellmittel 160 zur Einstellung der Positionsbeziehung zwischen dem Körper und dem Aushubbereich sind in 7 in Form einer Prozeßablaufübersicht dargestellt.
Zunächst betätigt der Bediener, wie in einem von gestrichelten Linien umgebenen Block dargestellt, die Steuerhebel 40 (siehe 1), um das Frontgerät 1A so zu bewegen, daß die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet. Dann bestimmt die Steuereinheit 9 in einem Schritt 141, ob der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz vom Bediener gedrückt wurde oder nicht. Wurde er nicht gedrückt, beendet die Steuereinheit 9 den Einstellprozeß, ohne die Einstellung des Aushubbereichs zu verändern. Wird im Schritt 141 festgestellt, daß der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz gedrückt wird, fährt die Steuereinheit 9 mit einem Schritt 142 fort.
Im Schritt 142 liest die Steuereinheit 9 den Winkel α des Auslegers 1a, den Winkel β des Arms 1b und den Neigungswinkel θ des Körpers von den Winkelsensoren 8a, 8b und dem Neigungssensor 8d, die am Frontgerät 1A vorgesehen sind. Als nächstes wird in einem Schritt 143 anhand des Winkels α des Auslegers 1a, des Winkels β des Arms 1b und des Neigungswinkels θ die Höhe hf vom Referenzpunkt O des Körpers zur Frontreferenz 70 berechnet, die sich ergibt, wenn der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz gedrückt wird (d.h. wenn die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet).
Bei diesem Berechnungsprozeß wird zunächst anhand der folgenden Formel (2) die Höhe hb von dem Referenzpunkt O des Körpers zum Verbindungspunkt zwischen dem Ausleger und dem Arm (d.h. dem Punkt, an dem der Armwinkelsensor 8b montiert ist) bestimmt: hb = L1·cos(α – θ) (2)
In der Formel (2) repräsentiert L1 den Abstand zwischen dem Verbindungspunkt zwischen dem Ausleger 1a und dem Körper 1B (d.h. dem Punkt, an dem der Auslegerwinkelsensor 8a montiert ist) und dem Verbindungspunkt zwischen dem Ausleger und dem Arm. Der Wert des Abstands L1 ist bekannt und wird vorab in der Steuereinheit 9 gespeichert.
Anschließend wird anhand der folgenden Formel (3) die Höhe hf1 vom Verbindungspunkt zwischen dem Ausleger und dem Arm zur Frontreferenz 70 bestimmt: hf1 = Lf·cos((α – θ) + (β – θf)) (3)
In der Formel (3) repräsentiert Lf den Abstand zwischen dem Verbindungspunkt zwischen dem Ausleger und dem Arm und der Frontreferenz 70, und θf repräsentiert den Montagewinkel des Frontreferenzglieds 70 in bezug auf eine gerade Linie, die den Verbindungspunkt zwischen dem Ausleger und dem Arm und den Verbindungspunkt zwischen dem Arm und der Schaufel (d.h. dem Punkt, an dem der Schaufelwinkelsensor 8c montiert ist) verbindet. Die Werte dieser Parameter sind bekannt und werden vorab in der Steuereinheit 9 gespeichert.
Anschließend wird anhand der folgenden Formel (4) auf der Grundlage der Höhen hb und hf1 eine Höhe hf vom Referenzpunkt O des Körpers zur Frontreferenz 70 berechnet: hf = hb + hf1
Als nächstes fährt die Steuereinheit 9 mit einem Schritt 144 zum Lesen der Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zur Grenze des Aushubbereichs fort, die unter Verwendung des Einstellgeräts 7 eingestellt wurde.
Dann wird in einem Schritt 145 unter Verwendung der zuvor berechneten Höhe hf vom Referenzpunkt O des Körpers zur Frontreferenz 70 als Modifikationswert anhand der folgenden Formel (5) auf der Grundlage des Werts hf und der Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zur Grenze des Aushubbereichs eine Tiefe hs vom Referenzpunkt O des Körpers zur Grenze des Aushubbereichs berechnet: hs = hr + hf (5)
Schließlich speichert die Steuereinheit 9 in einem Schritt 161 die im Schritt 145 berechnete Tiefe hs vom Referenzpunkt O des Körpers zur Grenze des Aushubbereichs und stellt den Aushubbereich auf der Grundlage des Körpers ein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Prozeßablauf entsprechen die Schritte 141 bis 145 der Verarbeitungsfunktion der in 5 gezeigten zweiten Berechnungsmittel, und der Schritt 161 entspricht der Verarbeitungsfunktion der in 5 gezeigten zweiten Einstellmittel 160.
Zu Beginn der Aushubarbeiten nach Abschluß der vorstehend aufgeführten Schritte wird der Prozeßablauf mit Berechnungen für die Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung fortgesetzt.
Die gesamten Steuerfunktionen der Steuereinheit 9 einschließlich der vorstehend beschriebenen Funktion der Einstellung eines Aushubbereichs werden nachstehend unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Gemäß 8 umfaßt die Steuereinheit 9 die von einem ersten Abschnitt 9a zur Einstellung des Aushubbereichs, einem Abschnitt 9b zur Berechnung der Stellung des Frontgeräts, einem Abschnitt 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten, einem Abschnitt 9d zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors der Spitze, einem Abschnitt 9e zur Steuerung der Richtungsänderung, einem Abschnitt 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkei ten nach der Modifikation, einem Abschnitt 9g zur Berechnung der Rückführsteuerung, einem Abschnitt 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach der Modifikation, einer Einrichtung 9i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeit, einem Abschnitt 9j zur Berechung der Sollsteuerdrücke, einem Abschnitt 9k zur Berechnung der Ventilbefehle, einem Abschnitt 9m zur Berechnung der Positionsbeziehung und einem zweiten Abschnitt 9n zur Einstellung des Aushubbereichs ausgeführten Funktionen.
Der erste Abschnitt 9a zur Einstellung des Aushubbereichs entspricht den ersten Einstellmitteln 100 gemäß 5 und stellt auf der Basis der Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zur Grenze des Aushubbereichs mittels der Schritte 101 bis 103 des in 6 gezeigten Prozeßablaufs die Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Aushubbereich ein.
Der Abschnitt 9b zur Berechnung der Stellung des Frontgeräts entspricht den in 5 gezeigten ersten Berechnungsmitteln 120 und berechnet auf der Basis der in der Steuereinheit 9 gespeicherten, unterschiedlichen Abmessungen des Frontgeräts 1A und des Körpers 1B, der jeweils von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c erfaßten Drehwinkel α, β, γ und des vom Neigungssensor erfaßten Neigungswinkels θ die zur Einstellung und Steuerung erforderliche Position und Stellung des Frontgeräts 1A. Der Abschnitt 9m zur Berechnung der Positionsbeziehung entspricht den in 5 gezeigten zweiten Berechnungsmitteln 140 und berechnet in den Schritten 141 bis 145 des in 7 gezeigten Prozeßablaufs die Tiefe hs vom Referenzpunkt O des Körpers zur Grenze des Aushubbereichs.
Der zweite Abschnitt 9n zur Einstellung des Aushubbereichs entspricht den in 5 gezeigten zweiten Einstellmitteln 160 und stellt im Schritt 161 des in 7 gezeigten Prozeßablaufs anhand der vorstehend erwähnten Tiefe hs den Aushubbereich auf der Basis des Körpers 1B des hydraulischen Baggers ein.
Im Abschnitt 9b zur Berechnung der Stellung des Frontgeräts werden die Position und Stellung des Frontgeräts 1A auf einem XY-Koordinatensystem berechnet, dessen Ursprung vom Schwenkpunkt des Auslegers 1a definiert wird, der auch der als Referenz zur Einstellung des Aushubbereichs dienende Referenzpunkt O des Körpers ist. Das XY-Koordinatensystem ist ein am Körper 1B festgelegtes, rechtwinkliges Koordinatensystem, und es wird davon ausgegangen, daß es in einer vertikalen Ebene liegt. Unter der Voraussetzung, daß der Abstand zwischen dem Schwenkpunkt des Auslegers 1a und dem Schwenkpunkt des Arms 1b L1 ist, der Abstand zwischen dem Schwenkpunkt des Arms 1b und dem Schwenkpunkt der Schaufel 1c L2 ist und der Abstand zwischen dem Schwenkpunkt der Schaufel 1c und der Spitze der Schaufel 1c L3 ist, werden die Koordinatenwerte auf dem XY-Koordinatensystem anhand der nachstehenden Formeln 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)
Wenn der Körper 1B geneigt ist, wie in 4 gezeigt, wird die relative Positionsbeziehung zwischen der Spitze der Schaufel und der Bodenoberfläche verändert, und daher kann die Einstellung des Aushubbereichs nicht korrekt erfolgen. Bei dieser Ausführungsform wird daher der Neigungswinkel θ des Körpers 1B von dem Neigungssensor 8d erfaßt, und der erfaßte Wert des Neigungswinkels θ wird in den Abschnitt 9b zur Berechnung der Stellung des Frontgeräts eingegeben, damit dieser Berechnungen in einem XbYb-Koordinatensystem vornehmen kann, das durch Drehen des XY-Koordinatensystems um den Winkel θ erhalten wird. Dies ermöglicht selbst dann eine korrek te Ausführung der Bereichseinstellung und der Aushubsteuerung, wenn der Körper 1B geneigt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß der Neigungssensor nicht immer erforderlich ist, wenn die Arbeit bei geneigtem Körper nach einer Korrektur der Neigung des Körpers eingeleitet wird oder wenn das Ausheben an einer Arbeitsstelle ausgeführt wird, an der der Körper nicht geneigt wird.
Der erste Abschnitt 9a zur Einstellung des Aushubbereichs, der Abschnitt 9m zur Berechnung der Positionsbeziehung und der zweite Abschnitt 9n zur Einstellung des Aushubbereichs verarbeiten die Tiefen hr, hs, die Höhe hf, etc., nachdem sie in jeweilige Werte auf dem XbYb-Koordinatensystem umgewandelt wurden.
Der Abschnitt 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten empfängt die Erfassungssignale der Drucksensoren 60a, 60b; 61a, 61b als über die Steuerhebeleinheiten 4a, 4b eingegebene Betätigungssignale. Der Berechnungsabschnitt 9c berechnet anhand der Betätigungssignale (der Steuerdrücke) über die Stromventile 5a, 5b zuzuführende Sollströmungsmengen (Sollgeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b).
Der Abschnitt 9d zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors der Spitze bestimmt anhand der vom Abschnitt 9b zur Berechnung der Stellung des Frontgeräts bestimmten Position der Spitze der Schaufel, der vom Abschnitt 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit bestimmten Sollzylindergeschwindigkeit und der unterschiedlichen Abmessungen, wie L1, L2 und L3, die in der Steuereinheit 9 gespeichert sind, einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vc an der Spitze der Schaufel 1c. Zu diesem Zeitpunkt wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc zunächst als Werte auf dem in 4 gezeigten XY-Koordinatensystem berechnet und dann in Werte auf dem in 4 gezeigten XbYb-Koordinatensystem umgewandelt, wenn der Körper geneigt ist. Ferner wird unter Berücksichtigung eines Falls, in dem die Grenze des Aushubbereichs in einem Winkel θr geneigt ist (siehe die später beschriebenen, in den 12 und 16 gezeigten Ausführungsformen), der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schließlich als Werte auf einem XcYc-Koordinatensystem bestimmt, das durch Drehen des XbYb-Koordinatensystems um den Winkel θr erzeugt wird. So wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc auf der Basis des Referenzpunkts O des Körpers berechnet. Hierbei repräsentiert eine Xc-Koordinatenkomponente Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc auf dem XcYc-Koordinatensystem eine Vektorkomponente in der zur Grenze des eingestellten Bereichs parallelen Richtung, und seine Yc-Koordinatenkomponente Vcy repräsentiert eine Vektorkomponente in der zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikalen Richtung.
Wenn die Spitze der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe seiner Grenze angeordnet ist und der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc eine Komponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs aufweist, modifiziert der die Steuereinheit 9e für die Richtungsänderung die vertikale Vektorkomponente so, daß sie allmählich verringert wird, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze des eingestellten Bereichs nähert. Anders ausgedrückt wird ein Vektor (ein umgekehrter Vektor), der kleiner als die Vektorkomponente Vcy in der vertikalen Richtung und vom eingestellten Bereich weg ausgerichtet ist, zu der Vektorkomponente Vcy addiert.
Hierbei muß der Steuereinheit 9e für die Richtungsänderung der Abstand zwischen der Spitze der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs bekannt sein. Zu diesem Zweck wird ein rechtwinkliges XaYa-Koordinatensystem eingestellt, dessen Ursprung auf der Grenze des eingestellten Bereichs liegt und dessen eine Achse durch eine gerade Linie definiert wird, die mit der Grenze fluchtet, und die Position der Schaufelspitze in dem XaYa-Koordinatensystem wird berechnet. Das XaYa-Koordinatensystem ist ein durch Versetzen des XcYc-Koordinatensystems um die vom zweiten Abschnitt 9n zur Einstellung des Aushubbereichs bestimmte Tiefe hs der Grenze des Aushubbereichs vom Referenzpunkt O des Körpers erhaltenes Koordinatensystem, und daher kann die Position der Schaufelspitze auf dem XaYa-Koordinatensystem leicht bestimmt werden. Dann repräsentiert der (nachstehend einfach als Ya bezeichnete) Ya-Koordinatenwert auf dem XaYa-Koordinatensystem den Abstand zwischen der Spitze der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs.
Durch eine Modifikation durch den Abschnitt 9e zur Steuerung der Richtungsänderung wird die Vektorkomponente Vcy in der vertikalen Richtung so verringert, daß der Betrag der Verringerung der Vektorkomponente Vcy bei einer Abnahme des Abstands erhöht wird. Daher wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc zu einem Sollgeschwindigkeitsvektor Vca modifiziert. Hierbei kann der Bereich des Abstands Ya1 von der Grenze des eingestellten Bereichs als Richtungsänderungsbereich oder Verlangsamungsbereich bezeichnet werden.
9 zeigt ein Beispiel eines Wegs, entlang dem die Spitze der Schaufel 1c bewegt wird, wenn die Richtungsänderungssteuerung entsprechend dem vorstehend beschriebenen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Modifikation ausgeführt wird. Unter der Voraussetzug, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schräg nach unten ausgerichtet und konstant ist, bleibt seine parallele Komponente Vcx unverändert, und seine vertikale Komponente Vcy wird allmählich verringert, wenn sich die Spitze der Schaufel 1c der Grenze des eingestellten Bereichs nähert (d.h. wenn der Abstand Ya geringer wird).
Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Modifikation das Resultat sowohl der parallelen als auch der vertikalen Komponente ist, weist der Weg die Form einer gekrümmten Linie auf, die so gekrümmt ist, daß sie bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs graduell parallel wird, wie in 9 gezeigt.
Der Abschnitt 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach der Modifikation berechnet anhand des vom Abschnitt 9e zur Steuerung der Richtungsänderung bestimmten Sollgeschwindigkeitsvektors nach der Modifikation die Sollzylindergeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der vom Abschnitt 9d zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors der Spitze ausgeführten Berechnungen.
Wird die Richtungsänderungssteuerung ausgeführt, werden die Richtungen ausgewählt, in denen der Auslegerzylinder und der Armzylinder zur Realisierung der Richtungsänderungssteuerung betätigt werden müssen, und die Sollzylindergeschwindigkeiten in den ausgewählten Betätigungsrichtungen werden berechnet. Nachstehend werden beispielhaft der Fall eines Anziehen des Arms mit der Absicht des Aufgrabens des Bodens zum Körper (d.h. der Vorgang des Anziehens des Arms) und der Fall einer derartigen Betätigung der Schaufelspitze, daß sie durch die kombinierte Betätigung des Senkens des Auslegers und des Ausstreckens des Arms nach vorne gedrückt wird, (d.h. der kombinierte Vorgang des Ausstreckens des Arms) beschrieben.
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) hängt die Proportionalität der beiden Verfahren von der Stellung des Frontgeräts, der horizontalen Vektorkomponente, etc. zu dem betreffenden Zeitpunkt ab. Auf jeden Fall wird die Proportionalität entsprechend der Steuerungssoftware bestimmt. Da die vorliegende Ausführungsform auch eine Rückführsteuerung umfaßt, ist das Verfahren (1) oder (3) vorzuziehen, das ein Anheben des Auslegers 1a beinhaltet. Wird auch die Gleichmäßigkeit des Vorgangs berücksichtigt, ist das Verfahren (3) zu bevorzugen.
Wenn der Arm bei der kombinierten Betätigung zum Ausstreckens des Arms bewegt wird, um ihn aus einer Position in der Nähe des Körpers (aus einer nahegelegenen Position) auszustrecken, ist ein Sollvektor in der Richtung gegeben, in der der eingestellte Bereich verlassen wird. Zur Verringerung der vertikalen Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc muß daher der Vorgang des Ausstreckens des Arms durch ein Verlangsamen des Vorgangs des Senkens des Auslegers oder durch ein Umschalten auf den Vorgang des Anhebens des Auslegers verlangsamt werden. Die Kombination aus einem Ausstrecken des Arms und jedem anderen Betätigungsmodus wird ebenso entsprechend der Steuerungssoftware bestimmt.
Wenn die Spitze der Schaufel 1c den eingestellten Bereich verläßt, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor von dem Abschnitt 9g zur Berechnung der Rückführsteuerung in Abhängigkeit von dem Abstand von der Grenze des eingestellten Bereichs so modifiziert, daß die Schaufelspitze in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird. Anders ausgedrückt wird ein Vektor (ein umgekehrter Vektor), der größer als die Vektorkomponente Vcy in der vertikalen Richtung und auf den eingestellten Bereich ausgerichtet ist, zur Vektorkomponente Vcy addiert. Wie bei der vorstehend beschriebenen Richtungsänderungssteuerung werden die Position der Schaufelspitze auf dem XaYa-Koordinatensystem berechnet und ein Ya-Koordinatenwert auf dem XaYa-Koordinatensystem als Abstand zwischen der Spitze der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs verwendet. Durch eine derartige Modifikation der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc zu einem Sollgeschwindigkeitsvektor Vca modifiziert, bei dem die vertikale Vektorkomponente Vcy bei einer Verringerung des Abstands Ya verringert wird.
10 zeigt ein Beispiel eines Wegs, entlang dem die Spitze der Schaufel 1c bewegt wird, wenn die Rückführsteuerung nach Maßgabe des vorstehend beschriebenen Sollgeschwindigkeitsvektors Vca nach der Modifikation ausgeführt wird. Wenn der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc schräg nach unten gerichtet und konstant ist, bleibt seine parallele Komponente Vcx unverändert, und ein Rückführvektor KYa ist proportional zum Abstand Ya, so daß die vertikale Komponente allmählich verringert wird, wenn sich die Spitze der Schaufel 1c der Grenze des eingestellten Bereichs nähert (d.h. wenn der Abstand Ya geringer wird). Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vca nach der Modifikation das Resultat sowohl der parallelen als auch der vertikalen Komponenten ist, hat der Weg die Form einer gekrümmten Linie, die so gekrümmt ist, daß sie bei einer Annäherung an die Grenze des eingestellten Bereichs graduell parallel wird, wie in
10 gezeigt.
Da die Spitze der Schaufel 1c vom Abschnitt 9g zur Rückführsteuerung so gesteuert wird, daß sie in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird, ist außerhalb des eingestellten Bereichs ein Rückführbereich definiert. Bei der Rückführsteuerung wird auch die Be wegung der Spitze der Schaufel 1c zur Grenze des eingestellten Bereichs verlangsamt, und schließlich wird die Richtung, in der die Spitze der Schaufel 1c bewegt wird, in die Richtung entlang der Grenze des eingestellten Bereichs umgewandelt. In dieser Bedeutung kann die Rückführsteuerung auch als Richtungsänderungssteuerung bezeichnet werden.
Der Abschnitt 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten nach der Modifikation berechnet anhand des vom Abschnitt 9g zur Berechnung der Rückführsteuerung bestimmten Sollgeschwindigkeitsvektors nach der Modifikation die Sollzylindergeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b. Dieser Prozeß ist eine Umkehrung der vom Abschnitt 9d zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors der Spitze ausgeführten Berechnungen.
Wird die Rückführsteuerung ausgeführt, werden die Richtungen, in denen der Auslegerzylinder und der Armzylinder betätigt werden müssen, um die Rückführsteuerung zu realisieren, ausgewählt und die Sollzylindergeschwindigkeiten in den ausgewählten Betätigungsrichtungen berechnet. Da die Schaufelspitze bei der Rückführsteuerung durch Anheben des Auslegers 1a in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird, ist die Richtung für ein Anheben des Auslegers 1a stets inbegriffen. Die Kombination aus einem Anheben des Auslegers und einem weiteren Modus wird ebenfalls entsprechend der Steuerungssoftware bestimmt.
Die Einrichtung 9i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeit wählt den höheren (den maximalen Wert) aus dem vom Abschnitt 9f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten für die Richtungsänderungssteuerung bestimmten Wert der Sollzylindergeschwindigkeit und dem vom Abschnitt 9h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeiten für die Rückführsteuerung bestimmten Wert der Sollzylindergeschwindigkeit aus und stellt den ausgewählten Wert als auszugebende Sollzylindergeschwindigkeit ein.
Der Abschnitt 9j zur Berechung der Sollsteuerdrücke berechnet die in den Steuerleitungen 44a, 44b; 45a, 45b zu erzeugenden Sollsteuerdrücke als Sollsteuerdrücke.
Der Abschnitt 9k zur Berechnung der Ventilbefehle berechnet den vom Abschnitt 9j zur Berechung der Sollsteuerdrücke berechneten Sollsteuerdrücken entsprechende Befehlswerte und gibt den Befehlswerten entsprechende elektrische Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b aus.
Jedesmal, wenn bei der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet und in diesem Zustand der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz entsprechend den Absichten des Bedieners gedrückt wird, wird die Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Körper 1B modifiziert, und die Positionsbeziehung zwischen dem Körper und dem Aushubbereich wird berechnet, wodurch der Aushubbereich auf der Basis des Körpers eingestellt werden kann. Daher kann der Bediener Aushubarbeiten ausführen, wobei er durch eine Bewegung des Körpers verursachte Veränderungen der Körperhöhe entsprechend seinen Absichten kompensiert, wann immer sie auftreten. Dadurch bleibt die Einstellung des Aushubbereichs selbst bei einer Veränderung der Körperhöhe bei einer Bewegung des Körpers unverändert, wodurch die Aushubarbeiten auf der Basis der äußeren Referenz 80 stets mit einer vorgegebenen Tiefe ausgeführt werden können.
Ferner ist die Frontreferenz 70 an einer näher an der Schaufelspitze 1A des die tatsächlich auf den Boden einwirkende Schaufel umfassenden Frontgeräts 1A liegenden Position an dem Arm 1b an geordnet, und der Aushubbereich wird anhand der Position und der Stellung des Frontgeräts 1A, die sich ergeben, wenn die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet und der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz gedrückt wird, auf der Basis des Körpers 1B eingestellt. Daher werden die Auswirkungen von Fehlern, wie Herstellungstoleranzen des Körpers 1B oder Toleranzen der Genauigkeit und der Montage des Frontreferenzglieds 70 und der Winkelsensoren 8a–8c bei der Einstellung des Aushubbereichs durch die Berechnungen zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs und die Berechnungen für die Aushubsteuerung ausgeglichen. Wenn bei der Aushubsteuerung die Position der Spitze der Schaufel 1c berechnet wird, ist dementsprechend das Ergebnis der Berechnungen weniger von den vorstehend erwähnten Toleranzen und weiteren Genauigkeitsfehlern beeinträchtigt, als bei dem herkömmlichen Verfahren zur Erfassung des Referenzlichts durch einen am Körper montierten Sensor, und das Ausheben kann mit geringeren Abweichungen vom eingestellten Aushubbereich präzise entsprechend der Einstellung ausgeführt werden.
Dieser Punkt wird nun nachstehend genauer beschrieben. Bei der in der vorstehend erwähnten JP-A-3-295933 offenbarten verwandten Technik kann die Fahrzeughöhe, wie vorstehend ausgeführt, mit Hilfe des Referenzlichts kompensiert werden. Wenn bei der verwandten Technik ein Ausheben ausgeführt wird, werden die Körperhöhe so modifiziert und die Steuerung so ausgeführt, daß die Schaufelspitze in eine in bezug auf einen Referenzpunkt O des Körpers eingestellte Tiefe hs bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt führt eine Steuervorrichtung eine Berechnung und eine Steuerung auf der Grundlage der in einem Speicher gespeicherten Abmessungen L1, L2, L3 eines Auslegers, eines Arms und einer Schaufel und der von Winkelsensoren erfaßten Winkel α, β, γ der Frontglieder aus, um die Schaufelspit ze in der Tiefe hs zu positionieren. Die tatsächlichen Frontglieder weisen jedoch Herstellungsfehler auf, und der Ausleger, der Arm und die Schaufel haben tatsächlich beispielsweise jeweils die Abmessungen L1 + ∊L1, L2 + ∊L2 und L3 + ∊L3 auf. Ebenso weisen die von den Winkelsensoren erfaßten Winkel α, β, γ aufgrund von Montagefehlern der Sensoren, Erfassungsfehlern der Sensoren selbst, etc. in bezug auf die wahren Winkel α', β', γ' die jeweiligen Fehler ∊α, ∊β, ∊γ auf. Selbst wenn die Steuervorrichtung versucht, eine Steuerung vorzunehmen, durch die die Schaufelspitze nach hs(L1, L2, L3, α(hs), β(hs), γ(hs)) bewegt wird, ist die Position, zu der die Schaufelspitze tatsächlich bewegt wird, daher durch hs'(L1', L2', L3', α'(hs), β'(hs), γ'(hs)) = hs' (L1 + ∊L1, L2 + ∊L2, L3 + ∊L3, α(hs) + ∊α, β(hs) + ∊β, γ(hs) + ∊γ) (6)gegeben, wobei gilt:
L1, L2, L3: Konstruktionswerte
α, β, γ: erfaßte Werte
L1', L2', L3', α', β', γ': tatsächliche Werte
∊L1, ∊L2, ∊L3, ∊α, ∊β, ∊γ: Fehler
L1' = L1 + ∊L1
L2' = L2 + ∊L2
L3' = L3 + ∊L3
α = α' + ∊α
β = β' + ∊β
γ = γ' + ∊γ
und α(hs), β(hs), γ(hs) und α'(hs), β'(hs), γ'(hs) die erfaßten Werte und die tatsächlichen Werte der jeweiligen Winkel zu dem Zeitpunkt rep räsentieren, zu dem sich das Frontgerät in einer Stellung befindet, in der die Tiefe hs erfaßt wird.
Wird davon ausgegangen, daß ein Sollauslegerwinkel beispielsweise 30° beträgt, steuert die Steuervorrichtung das Frontgerät so, daß der erfaßte Wert α(hs) 30° beträgt (α(hs) = 30°). Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Fehler ∊α = 0,5° zwischen dem erfaßten Wert α und dem tatsächlichen Wert α' vorliegt, wird das Frontgerät tatsächlich auf die Position α' = 30,5° gesteuert.
Da bei dieser Ausführungsform die Frontreferenz 70 am Frontgerät (am Arm) vorgesehen ist, wird die Position, die von der Frontreferenz 70 eingenommen wird, wenn sie mit der äußeren Referenz 80 fluchtet, andererseits von der Steuereinheit 9 als die wie nachstehend ausgeführt berechnete Position erkannt:
hf (L1, Lf, α(hf), β(hf), θf)
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Frontreferenz 70 tatsächlich an der nachstehenden Position: hf' (L1', Lf', α'(hf), β'(hf), θf') = hf(L1 + ∊L1, Lf + ∊Lf, α(hf) + ∊α, β(hf) + ∊β, θf + ∊θf)
Die Position der Schaufelspitze ist zu diesem Zeitpunkt durch (L1', L2', L3', α'(hf), β'(hf), γ'(hf)) = (L1 + ∊L1, L2 + ∊Lf, L3 + ∊L3, α(hf) + ∊α(hf), β(hf) + ∊β(hf), γ(hf) + ∊γ(hf)) (7)gegeben, wobei gilt:
∊θf: Montagefehler der Frontreferenz 70
α(hf), β(hf), γ(hf): erfaßte Werte der Winkel, wenn sich das Frontgerät in der Stellung befindet, in der hf erfaßt wird
α'(hf), β'(hf), γ'(hf): tatsächliche Werte der Winkel, wenn sich das Frontgerät in der Stellung befindet, in der hf erfaßt wird
Da die Frontreferenz 70 zu diesem Zeitpunkt an der Position der wahren äußeren Referenz 80 befindet, bedeutet dies, daß die Steuereinheit 9 die Position der wirklichen äußeren Referenz 80 einschließlich der Fehler erfaßt hat. Wenn die Position hf bei der Bereichsbegrenzungssteuerung verwendet wird, ist der Fehler zwischen der erfaßten Position hf in der Steuereinheit 9 und der tatsächlichen Position hf' der gleiche, wie der zum Zeitpunkt der Erfassung von hf enthaltene. Wenn die Frontreferenz 70 in die erfaßte Position hf bewegt wird, heben die beiden Fehler einander daher auf, und die tatsächliche Position hf' der Frontreferenz 70 wird an der wahren Position ausgerichtet.
Wird beispielsweise davon ausgegangen, daß der tatsächliche Winkel des Auslegers α' = 30° beträgt und der vom Sensor 8a erfaßte Winkel einen Fehler ∊α = 0,5° enthält, wenn die äußere Referenz 80 erfaßt wird, wird von der Steuereinheit der Auslegerwinkel α = 29,5° erfaßt. Wird der Ausleger unter Verwendung des erfaßten Werts α = 29,5° so gesteuert, daß der Sollwinkel eingenommen wird, wird er tatsächlich auf die Position von α' = 30° gesteuert, d.h. er wird an der wahren Position der äußeren Referenz 80 ausgerichtet. Dadurch wird der Fehler ausgeglichen.
Wenn die Position der Schaufelspitze als nächstes unter Verwendung des Werts hs gesteuert wird, der bei der Bereichsbegrenzungssteuerung auf der Grundlage von hf modifiziert wurde, wird der zumindest in hf enthaltene Fehler in bezug auf die tatsächliche Position der äußeren Referenz ausgeglichen, wie vorstehend erwähnt, und der verbleibende Fehler ist ein Fehler aufgrund der Sensoren, der verursacht wird, wenn die Schaufelspitze aus der Stellung, in der hf erfaßt wird, in die Stellung bewegt wird, in der hs erfaßt wird. In der Stellung, in der hs erfaßt wird, befindet sich die Schaufelspitze tatsächlich in der folgenden Position: hs' (L1', L2', L3', α'(hs), β'(hs), γ'(hs)) = hs' (L1 + ∊L1, L2 + ∊L2, L3 + ∊L3, α(hs) + ∊α(hs), β(hs) + ∊β(hs), γ(hs) + ∊γ(hs)) (8)wobei gilt:
α(hs), β(hs), γ(hs): erfaßte Werte der Winkel, wenn das Frontgerät in die Stellung gesteuert wird, in der hs erfaßt wird
α'(hs), β'(hs), γ'(hs): tatsächliche Werte der Winkel, wenn das Frontgerät in die Stellung gesteuert wird, in der hs erfaßt wird
Da die Position der Schaufelspitze bei dieser Ausführungsform zu diesem Zeitpunkt in der Stellung, in der hf erfaßt wird, entsprechend der Formel (7) mit der wahren Position der äußeren Referenz 80 fluchtet, werden Abweichungen α(hs) – α(hf), β(hs) – β(hf), γ(hs) – γ(hf), die auftreten, wenn die Schaufelspitze so gesteuert wird, daß sie aus der Stellung, in der hf erfaßt wird, in die Stellung bewegt wird, in der hs erfaßt wird, betreffende Fehler, d.h. Δ∊α = ∊α(hs) – ∊α(hf) (9) Δ∊β = ∊β(hs) – ∊β(hf) (10) Δ∊γ = ∊γ(hs) – ∊γ(hf) (11)als tatsächliche Fehler erzeugt, wenn ein Ausheben mit Bereichsbegrenzung ausgeführt wird, und daher sind sie erheblich kleiner als beim Stand der Technik. Ferner können die in bezug auf die vorstehend aufgeführten Formeln (9) bis (11) auftretenden Fehler bei dieser Ausführungsform durch Anordnen der Frontreferenz 70 an dem Frontgerät 1A zur weitest möglichen Minimierung des Unterschieds zwischen der Stellung beim Einstellen der äußeren Referenzposition und der Stellung beim Ausheben in einem derartigen Fall weiter verringert werden.
Gleichzeitig kann bei der Verwendung eines später beschriebenen direkten Programmierverfahrens eine präzisere Aushubsteuerung verwirklicht werden, da zum Zeitpunkt der Einstellung auch ein Fehler beim Einstellen von hr einbezogen wird und die Schaufelspitze so gesteuert wird, daß sie sich zu hr bewegt, während der Fehler ausgeglichen wird.
Überdies wird die Einstellung bei dieser Ausführungsform durch die Fehler der Winkelsensoren 8a–8c zur Erfassung der Position und Stellung des Frontgeräts 1A weniger beeinträchtigt. Selbst wenn bei einer Bewegung des Körpers die Körperhöhe und die Aushubtiefe vom Körper verändert werden, sind daher die Auswirkungen der Fehler der Winkelsensoren 8a–8c auf die Größe der Änderung der Aushubtiefe so gering, daß ein Unterschied zwischen den Aushubtiefen vor und nach der Veränderung der Körperhöhe verhindert wird.
Zudem muß der am Körper vorgesehene Referenzlichtsensor bei der in der vorstehend erwähnten JP-A-3-295933 offenbarten verwandten Technik zur positiven Erfassung des Referenzlichts einen weiten Bereich abdecken können. Da das Frontgerät 1A bei dieser Ausführungsform hingegen betätigt wird, um zu veranlassen, daß die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet, und der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz in diesem Zustand gedrückt wird, um die Einstellung zu veranlassen, kann das am Frontgerät 1A vorgesehene Frontreferenzglied 70 als kleines und ein faches Element, beispielsweise als pfeilförmige Markierung aus einer Stahlplatte, ausgebildet sein, und die Bewegung des Körpers kann kompensiert werden, ohne daß ein großer, komplexer Sensor erforderlich ist.
Da das Frontgerät 1A so betätigt wird, daß die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 in Flucht gebracht wird, und in diesem Zustand der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz gedrückt wird, um die Einstellung zu veranlassen, kann die Bewegung des Körpers ähnlich über einen weiten Bereich kompensiert werden, da das Frontgerät 1A über einen weiten Bereich bewegt werden kann.
Da der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc an der Spitze der Schaufel 1c bei der vorstehend beschriebenen Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung auf der Basis des Referenzpunkts O des Körpers berechnet und die Bewegung des Frontgeräts 1A durch Modifizieren des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc gesteuert wird, müssen bei der Aushubsteuerung verschiedene, auf dem Körper basierende, den Sollgeschwindigkeitsvektor Vc betreffende Variablen berechnet werden. Bei dem Einstellsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind zusätzlich zu den ersten Einstellmitteln 100 zweite Berechnungsmittel 140 und zweite Einstellmittel 160 vorgesehen, die zweiten Einstellmittel 160 berechnen durch Modifizieren der von den ersten Einstellmitteln 100 eingestellten Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Aushubbereich (d.h. der Tiefe hr) die Positionsbeziehung zwischen dem Körper 1B und dem Aushubbereich (d.h. die Tiefe hs), und die zweiten Einstellmittel 160 stellen den Aushubbereich, wie bei der Aushubsteuerung, auf der Basis des Körpers ein. Daher können von den zweiten Einstellmitteln 160 bestimmten die Einstelldaten hs für den Aushubbereich unverändert zur Berechnung bei der Aushubsteuerung verwendet werden, und daher können die Berechnungen bei der Aushubsteuerung vereinfacht werden. Daher können die erforderlichen Berechnungen mit einer begrenzten Speicherkapazität der Steuereinheit 9 in einem Augenblick ausgeführt werden, und eine hoch zuverlässige Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung kann realisiert werden, ohne eine Verzögerung zu verursachen.
Überdies umfaßt die vorliegende Ausführungsform den Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz, der gedrückt wird, wenn die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet, und der Bediener bewegt das Frontgerät 1A und drückt den Schalter zum Einstellen der äußeren Referenz, wenn die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet. Dies bedeutet, daß die Berechnung zur Einstellung des Aushubbereichs von den zweiten Berechnungsmitteln 140 vorab ausgeführt wird. Daher sind während der Aushubsteuerung keine Berechnungen zur Einstellung des Aushubbereichs erforderlich, und die Menge der bei der Aushubsteuerung auszuführenden Berechnungen wird verringert, was zu einer zuverlässigeren Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung mit einer zuverlässigeren Vermeidung einer Verzögerung führt.
Wie vorstehend ausgeführt, muß der am Körper vorgesehene Referenzlichtsensor bei der in der vorstehend erwähnten JP-A-3-295933 offenbarten verwandten Technik zur zuverlässigen Erfassung des Referenzlichts einen weiten Bereich abdecken können, und diese Notwendigkeit bedeutet bei Berücksichtigung der Größe des Referenzlichtsensors eine erhebliche Einschränkung des Niveaus des Referenzlichts. Da das Frontreferenzglied 70 bei der vorliegenden Ausführungsform dagegen am Frontgerät 1A, genauer am Arm vorgesehen ist, ist die Stelle, an denen das äußere Referenzglied 80 installiert ist, keinen wesentlichen Einschränkungen unterworfen, da das Frontgerät über einen breiten Bereich bewegt werden kann. Dies hat den Vorteil zur Folge, daß das äußere Referenzglied 80, wie in 11 beispielhaft gezeigt, in einem Graben G installiert werden kann, wenn keine geeignete Stelle auf dem Boden vorhanden ist, an der das äußere Referenzglied 80 auf dem gleichen Niveau wie der Körper 1B installiert werden kann. In diesem Zusammenhang kann das äußere Referenzglied 80 im Hinblick auf das vorstehend erwähnte Problem der Fehler auch so installiert werden, daß der Unterschied zwischen der Stellung bei der Positionierung der an der äußeren Referenz auszurichtenden Frontreferenz und der Stellung beim Ausheben verringert wird, wodurch die Genauigkeit der Ausschachtung verbessert werden kann.
Ferner ist bei dieser Ausführungsform durch das Installieren des äußeren Referenzglieds 80 (der Grundlinienschnur, des Pfostens, des Laserleuchtturms oder dergleichen) und durch Einstellen der äußeren Referenz über das Einstellgerät 7 vor dem Beginn der Arbeiten kein Bedienungshelfer zum Anordnen der Spitze der Schaufel 1c auf der Grenze des eingestellten Bereichs zu Beginn der Arbeiten bzw. bei einem Verfahren des Körpers des hydraulischen Baggers an eine andere Stelle erforderlich. Zusätzlich kann die zum Vornehmen der Einstellung entsprechend den Anweisungen des Bedienungshelfers erforderliche Zeitspanne eingespart werden, und die Arbeitszeit kann verkürzt werden.
Das äußere Referenzglied 80 ist außerhalb des Körpers installiert, muß, nachdem es einmal installiert ist, nicht mehr verrückt werden und kann selbst dann durchgehend als Referenz für den Aushubbereich verwendet werden, wenn der Körper an eine andere Stelle bewegt wird.
Es wird auch darauf hingewiesen, daß das äußere Referenzglied nicht immer horizontal installiert sein muß, obwohl im Zusammenhang mit der Ausführungsform ausgeführt wurde, daß das äußere Referenzglied horizontal installiert ist. Abhängig von der Art der geplanten Arbeit kann das äußere Referenzglied auch schräg angeordnet sein, und das Ausheben kann Schritt für Schritt ausgeführt werden, während eine grobe Neigung definiert wird.
Unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform dient der Einstellung eines geneigten Aushubbereichs als Aushubbereich bei einem Aushubbereich-Einstellsystem für eine Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung.
Gemäß 12 dient ein erster Abschnitt 9a zur Einstellung des Aushubbereichs gemäß dieser Ausführungsform (der den ersten Einstellmitteln 100 gemäß 5 entspricht, siehe 8) der Eingabe und Einstellung einer Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zu einem Referenzpunkt P des Aushubbereichs, eines Abstands hrx zwischen dem Referenzpunkt O des Körpers und dem Referenzpunkt P und eines Neigungswinkels θr der Grenze des Aushubbereichs über eine in 13 gezeigte Einstellvorrichtung 7A. Bei dieser Ausführungsform weist das Einstellgerät 7A daher Auswahlknöpfe 7c, 7g, 7d zur selektiven Eingabe einer Tiefe hd von der Bodenoberfläche zum Referenzpunkt P des Aushubbereichs, des Abstands hrx zwischen dem Referenzpunkt O des Körpers und dem Referenzpunkt P und des Neigungswinkels θr der Grenze des Aushubbereichs auf.
14 zeigt einen Prozeßablauf des ersten Abschnitts 9a zur Einstellung des Aushubbereichs. Wenn der Bediener die Tiefe hd, den Abstand hrx und den Winkel θr eingibt, bestätigt die Steuereinheit in einem Schritt 101, ob der Schalter 7f zur Einstellung des Bereichs gedrückt wird oder nicht, und berechnet in einem Schritt 102 jeweils entsprechend der vorstehend aufgeführte Formel (1) die Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zum Referenzpunkt P des Aushubbereichs, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die Tiefe hr, der Abstand hrx und der Winkel θr werden dann in einem Schritt 103 gespeichert.
Ebenso stellt die Steuereinheit in einem zweiten Abschnitt 9n zur Einstellung des Aushubbereichs (der den zweiten Einstellmitteln 160 gemäß 5 entspricht, siehe 8) auf der Basis des Körpers einen Aushubbereich ein, wie in 12 gezeigt, indem die Frontreferenz 70, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, in den Schritten 141–145 eines in 15 gezeigten Prozeßablaufs zur Einstellung des Aushubbereichs mit der äußeren Referenz 80 in Flucht gebracht wird und eine Tiefe hs vom Referenzpunkt O des Körpers zum Referenzpunkt P des Aushubbereichs berechnet wird, wenn der Schalter 71 zum Einstellen des Bereichs gedrückt wird, und dann der Abstand hrx und der Winkel θr gelesen und ferner in einem Schritt 161A die Tiefe hs und die gelesenen Werte gespeichert werden.
Durch diese Ausführungsform können ähnliche Vorteile wie die durch die erste Ausführungsform erzielbaren erzielt werden, wenn die Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung ausgeführt wird, während der hydraulische Bagger in der zum Zeichnungsblatt normalen Richtung bewegt wird. Auch beim Ausführen einer Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung, bei der ein geneigter Aushubbereich eingestellt ist, können Arbeiten, wie das Ausheben eines Grabens zum Vergraben von Rohren zur Wasserversorgung und zur Drainage, leicht implementiert werden.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 beschrieben. Die dritte Ausführungsform zielt darauf ab, die Positionsbeziehung zwischen der äußeren Referenz 80 und dem Aushubbereich durch ein direktes Programmierverfahren einzustellen, während die Einstellung bei der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform über die ersten Einstellmittel 100 (siehe 5) erfolgt.
Genauer wird bei der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform die Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zur Grenze des Aushubbereichs bzw. der Abstand hrx zwischen dem Referenzpunkt O des Körpers und dem Referenzpunkt P des Aushubbereichs von den ersten Einstellmitteln 100 unter Verwendung der Hebe- und Senkknöpfe 7a, 7b (siehe 3) des Einstellgeräts 7 eingestellt. Bei der vorliegenden dritten Ausführungsform betätigt der Bediener die Steuerhebel, um die Spitze der Schaufel 1c in eine einzustellende Position zu bewegen, wie in 16 durch Zwei-Punkt-Strich-Linien dargestellt, und stellt die Tiefe hr bzw. den Abstand hr durch direktes Programmieren dieser Position ein.
17 zeigt einen Prozeßablauf eines Verfahrens zur Einstellung des Aushubbereichs durch direktes Programmieren. In der Zeichnung repräsentieren die von gestrichelten Linien umgebenen Blöcke (1), (2) die Manipulationen, die vom Bediener des hydraulischen Baggers ausgeführt werden müssen.
Zunächst betätigt der Bediener, wie in 17 im Block (1) dargestellt, die Steuerhebel, um das Frontgerät 1A so zu bewegen, daß die Spitze der Schaufel 1c zum Einstellpunkt P des Aushubbereichs gelangt. Wenn die Spitze der Schaufel 1c zum Einstellpunkt P gelangt, drückt der Bediener den Schalter 7f zum Einstellen des Bereichs (siehe 3) des Einstellgeräts 7.
Die Steuereinheit 9 (siehe 1) bestimmt in einem Schritt 190, ob der Schalter 7f zum Einstellen des Bereichs gedrückt wird oder nicht. Wird er nicht gedrückt, wiederholt die Steuereinheit 9 den Schritt 190. Wird der Schalter 7f zum Einstellen des Bereichs gedrückt, fährt die Steuereinheit 9 mit einem Schritt 191 fort.
Im Schritt 191 berechnet die Steuereinheit auf der Grundlage der Stellung des Frontgeräts zu dem betreffenden Zeitpunkt die Tiefe hs und den Abstand hrx zwischen dem Referenzpunkt O des Körpers und der Spitze der Schaufel 1c.
Als nächstes betätigt der Bediener, wie in 17 im Block (2) dargestellt, die Steuerhebel erneut, um das Frontgerät 1A so zu bewegen, daß die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet.
Während der vorstehend beschriebenen Betätigung bestimmt die Steuereinheit in einem Schritt 192 wiederholt, ob der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz gedrückt wird oder nicht. Wenn der Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz vom Bediener gedrückt wird, während die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet, fährt die Steuereinheit mit einem Schritt 193 fort.
Im Schritt 193 berechnet die Steuereinheit 9 auf der Grundlage der Stellung des Frontgeräts 1A zum betreffenden Zeitpunkt die Höhe hfo vom Referenzpunkt O des Körpers zur Frontreferenz 70.
Als nächstes wird in einem Schritt 194 anhand der folgenden Formel die Tiefe hr von der äußeren Referenz 80 zur Grenze des Aushubbereichs berechnet: hr = hs – hfo (12)
Schließlich wird in einem Schritt 195 die Einstellung durch das Speichern der so ermittelten Tiefe hr beendet. Beim Einstellen eines geneigten Aushubbereichs, wie bei der zweiten Ausführungsform, gibt der Bediener ferner unter Verwendung des Einstellgeräts 7 einen Winkel θr ein. Die Steuereinheit speichert die Tiefe hr, den Abstand hrx und den Winkel θr, wodurch ein Aushubbereich eingestellt wird, wie in 16 durch eine Zwei-Punkt-Strich-Linie dargestellt.
Nachdem die vorstehend beschriebene Einstellung des Aushubbereichs auf der Basis der der äußeren Referenz 80 abgeschlossen ist, wird die Aushubsteuerung eingeleitet. Die Konstruktion der vorliegenden Ausführungsform stimmt mit Ausnahme der ersten Einstellmittel mit der der ersten Ausführungsform überein. Bei Aushubarbeiten wird die Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung unter Verwendung des, wie in 18 gezeigt, im Schritt 194 ermittelten Werts hr bzw. der in den Schritten 191, 194 ermittelten Werte hrx, hr und des Winkels θr von den ersten Berechnungsmitteln 120, den zweiten Berechnungsmitteln 140 und den zweiten Einstellmitteln 160 ausgeführt, die in 5 gezeigt sind. Wann immer der Körper bewegt wird und der Bediener den Schalter 71 zum Einstellen der äußeren Referenz drückt, wenn die Frontreferenz 70 mit der äußeren Referenz 80 fluchtet, bestimmt die Steuereinheit einen Modifikationswert hf und aktualisiert die Tiefe hs, um die Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung auszuführen, während der Aushubbereich auf der Basis des Körpers eingestellt wird.
Da der Aushubbereich bei dieser Ausführungsform durch direkte Programmierung ausgeführt wird, kann der gewünschte Aushubbereich abhängig von der Arbeitssituation präzise eingestellt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

(1) Erfindungsgemäß kann das Ausheben auf der Basis der äußeren Referenz selbst dann stets mit einer vorgegebenen Tiefe ausgeführt werden, wenn die Höhe des hydraulischen Baggers bei einer Bewegung des Körpers aufgrund einer Veränderung der Topographie der Arbeitsstelle verändert wird. Beim Einstellen einer horizontalen Aushubebene kann das Ausheben beispielsweise selbst bei einem geneigten Untergrund entlang der horizontalen Ebene erfolgen, während der Körper bewegt wird. Ebenso wird das erfindungsgemäße Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem im Vergleich zu dem Verfahren zur Erfassung eines Referenzlichts mittels eines am Körpers montierten Sensors von Fehlern, wie Fertigungstoleranzen des Körpers oder Toleranzen der Genauigkeit und der Montage der Sensoren, etc., weniger beeinträchtigt, und das Ausheben kann mit geringeren Abweichungen vom eingestellten Aushubbereich ausgeführt werden. Die geringeren Auswirkungen der Sensorenfehler, etc. haben auch den folgenden Vorteil zur Folge. Selbst wenn die Aushubtiefe vom Körper bei einer Bewegung des Körpers verändert wird, kann eine Veränderung der Aushubtiefe vor und nach der Veränderung der Körperhöhe verhindert werden, indem die äußere Referenz für das Ausheben und zur Aktualisierung der vorherigen Einstellung an einer Position in der Nähe der tatsächlich auf den Boden einwirkenden Spitze der Schaufel mit der Frontreferenz in Flucht gebracht wird. Da das Frontreferenzglied als kleines und einfaches Element, wie eine pfeilförmige Markierung aus einer Stahlplatte, ausgebildet sein kann, kann die Bewegung des Körpers kompensiert werden, ohne daß ein umfangreicher und komplizierter Sensor erforderlich ist. Ferner kann die Bewegung des Körpers über einen weiten Bereich kompensiert werden, da das Frontreferenzglied an dem Frontgerät vorgesehen ist, das über einen weiten Bereich bewegt werden kann. Da der Aushubbereich auf der Basis des Körpers eingestellt wird, wie bei der Berechnung des Sollgeschwindigkeitsvektors für die Aushubsteuerung, kann der Aushubbereich zudem auf eine Art und Weise eingestellt werden, die der Aushubsteuerung angepaßt ist, bei der die Berechnungen auf der Basis des Körpers ausgeführt werden. Dadurch werden die bei der Aushubsteuerung auszuführenden Berechnungen vereinfacht, und eine hoch zuverlässige Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung kann realisiert werden, ohne daß eine Verzögerung verursacht wird.
(2) Da die Berechnungen zur Einstellung des Aushubbereichs erfindungsgemäß durch Drücken des Schalters zum Einstellen der äußeren Referenz ausgeführt werden, wenn die Frontreferenz mit der äußeren Referenz fluchtet, sind bei der Aushubsteuerung keine Berechnungen zur Einstellung des Aushubbereichs erforderlich, und die Menge der bei der Aushubsteuerung auszuführenden Berechnungen wird verringert, was zu einer zuverlässigeren Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung mit einer zuverlässigeren Vermeidung von Verzögerungen führt.
(3) Erfindungsgemäß kann ein Aushubbereich eingestellt werden, dessen Grenze zu dem Bereich, in den nicht eingetreten werden darf, eine horizontale Ebene ist.
(4) Erfindungsgemäß können durch das Ausführen einer Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuerung, bei der ein geneigter Aushub bereich eingestellt ist, Arbeiten, wie das Graben eines Grabens zum Vergraben von Rohren zur Wasserversorgung und zur Drainage, leicht implementiert werden.
(5) Erfindungsgemäß ist durch das Veranlassen des Einstellvorgangs mittels der ersten Einstellmittel über das Einstellgerät vor dem Beginn der Arbeiten zu Beginn der Arbeiten bzw. beim Verfahren des Körpers an eine andere Stelle kein Bedienungshelfer zum Positionieren des Frontgeräts auf der Grenze des Aushubbereichs erforderlich. Ferner können die zum Vornehmen der Einstellung entsprechend einer Anweisung vom Bedienungshelfer erforderliche Zeitspanne eingespart und die Arbeitszeit verkürzt werden.
(6) Da der Einstellvorgang mittels der ersten Einstellmittel schließlich erfindungsgemäß durch direktes Programmieren erfolgt, kann ein gewünschter Aushubbereich abhängig von den Arbeitsbedingungen präzise eingestellt werden.

Claims

Baummaschine mit einem Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem, das ein Aushubbereich-Einstellsystem enthält, wobei die Baumaschine mehrere Frontglieder (1a, 1b, 1c), die ein mehrgelenkiges Frontgerät (1A) bilden und die in einer vertikalen Ebene relativ zur Baumaschine schwenkbar sind, sowie einen das Frontgerät tragenden Körper (1B) aufweist, wobei das Bereichsbegrenzungs-Aushubsteuersystem zur Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsvektors (Vc) zur Steuerung des Frontgerätes auf der Basis des Körpers dient und den Sollgeschwindigkeitsvektor zur Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Frontgerätes in Richtung einer Grenze eines vorbestimmten Aushubbereichs modifiziert, wenn das Frontgerät dicht an die Grenze des Aushubbereichs gelangt, und das Frontgerät entlang der Grenze des Aushubbereichs bewegt, wobei das Aushubbereichs-Einstellsystem enthält (a) eine Schnur oder einen Laser als äußeres Referenzglied (80), das außerhalb der Baumaschine installiert ist und eine äußere Referenz mit einer gewünschten Position und Ausrichtung relativ zum Aushubbereich darstellt, (b) ein am Frontgerät (1A) angeordnetes Frontreferenzglied (70), das mit der äußeren Referenz (80) zusammenwirkende Frontreferenzmittel enthält und zur Kalibrierung des Sys tems dient, wenn das Frontgerät (1A) mit der äußeren Referenz fluchtet, (c) Erfassungselemente (8a, 8b, 8c) zum Erfassen der Statusvariablen des Frontgerätes (1A), welche die Position und Lage der Frontglieder (1a, 1b, 1c) relativ zum Körper (1B) angeben, (d) erste Berechnungsmittel (9b, 120) zum Berechnen der Position und Ausrichtung des Frontgerätes (1A) aus Signalen der Erfassungselemente (8a, 8b, 8c) auf der Basis des Körpers (1B), die eine von einem Schwenksensor (8d) abgeleitete räumliche Orientierung haben, (e) erste Einstellmittel (9a, 100) zum Einstellen des Aushubbereichs aus einer positionalen Beziehung (hr) mit Bezug auf die äußere Referenz (80), (f) zweite Berechnungsmittel (9m, 140) zur Berechnung einer Positionsbeziehung (hf) zwischen dem Körper (1B) und der äußeren Referenz (80) basierend auf der Information über die Position, Lage und Ausrichtung des Frontgerätes (1A) berechnet durch das erste Berechnungsmittel (9b, 120) während der Kalibrierung des System, wenn das Frontreferenzmittel des Frontreferenzglieds (70) sich in Flucht mit der äußeren Referenz befindet, und eine Positionsbeziehung (hs) zwischen dem Körper (1B) und dem Aushubbereich aus der Positionsbeziehung (hf) zwischen dem Körper und der äußeren Referenz und der Positionsbeziehung (hf) zwischen der äußeren Referenz und dem von den ersten Einstellmittel (9a, 100) eingestellten Aushubbereich berechnet, und (g) zweite Einstellmittel (9n, 160) zum Einstellen eines Aushubbereichs (hs) auf der Grundlage des Körpers (1B) aus der Positionsbeziehung (hs) zwischen dem Körper (1B) und dem von den zweiten Berechnungsmitteln (9m, 140) berechneten Aushubbereich.
Baumaschinenanspruch 1, die ferner enthält (f) einen äußeren Referenzeinstellschalter (71), der gedrückt wird, wenn die Frontreferenz (70) sich in Flucht mit der äußeren Referenz (80) befindet, wobei die zweiten Berechnungsmittel (9m, 140) die Berechnung durchführen, wenn der äußere Referenzeinstellschalter (71) gedrückt ist.
Baumaschinenanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einstellmittel (9a, 100) ein Mittel zum Einstellen der Tiefe (hr) von der äußeren Referenz (80) zu der Grenze des Aushubbereichs ist.
Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einstellmittel (9a, 100) Mittel zum Einstellen der Tiefe (hr) von der äußeren Referenz (80) zu einem Referenzpunkt (P) des Aushubbereichs, eines Abstands (hrx) vom Körper (1B) zum Referenzpunkt und eines Schwenkwinkels (θr) der Grenze des Aushubbereichs ist.
Baumaschinenanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einstellmittel (9a, 100) ein Mittel zum Einstellen der positionalen Beziehung (hr) zwischen der äußeren Referenz (80) und dem Aushubbereich basierend auf den Eingangsdaten aus einem Einstellgerät (7, 7A) ist.
Baumaschinen nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einstellmittel (9a, 100) enthält Mittel (190, 191) zum Berechnen einer Position (hs) des äußersten Endes des Frontgerätes, die eingenommen wird, wenn das Frontgerät bewegt wird und das äußerste Ende des Frontgerätes an die Grenze des Aushubbereichs gelangt, basierend auf einer von den ersten Berechnungsmitteln (9b, 120) berechneten Information über die Lage und die Ausrichtung des Frontgerätes (1A), Mittel (192, 193) zum Berechnen einer Position (hfo) der Frontreferenz, wenn das Frontgerät bewegt wird und die Frontreferenz (70) mit der äußeren Referenz (80) fluchtet, basierend auf der von dem ersten Berechnungsmitteln (9b, 120) berechneten Information über die Position und die Ausrichtung des Frontgerätes (1A), und Mittel (194, 195) zum Berechnen und Speichern einer positionalen Beziehung (hr) zwischen der äußeren Referenz und dem Aushubbereich aus der Position (hs) des äußersten Endes des Frontgerätes und der Position (hfo) der Frontreferenz (70).