EP4269705A1 - Verfahren zur verbesserung der planierwinkelregelung einer arbeitsmaschine - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der planierwinkelregelung einer arbeitsmaschine Download PDF

Info

Publication number
EP4269705A1
EP4269705A1 EP23169142.9A EP23169142A EP4269705A1 EP 4269705 A1 EP4269705 A1 EP 4269705A1 EP 23169142 A EP23169142 A EP 23169142A EP 4269705 A1 EP4269705 A1 EP 4269705A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
boom
movement
holding element
main body
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23169142.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Armin Grieser
Benjamin Ehlers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4269705A1 publication Critical patent/EP4269705A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/301—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom with more than two arms (boom included), e.g. two-part boom with additional dipper-arm
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/436—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like for keeping the dipper in the horizontal position, e.g. self-levelling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/425—Drive systems for dipper-arms, backhoes or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a work machine, which makes it possible to keep an inclination of a holding element constant while at least one boom element is moved.
  • the purpose of the “Bucket Retain” assistance function is to regulate a set leveling angle of a work machine.
  • the leveling angle describes the angle of the bucket in relation to the external, higher-level coordinate system and is dependent on the boom, stick and bucket angles in their respective coordinate systems.
  • the "Bucket Retain” function adjusts the bucket angle in a controlled manner to maintain a desired leveling angle. The boom and stick can still be adjusted by the vehicle driver.
  • control accuracy and control speed of this function is not particularly high due to the different weight of the attached holding element (e.g. load in a spoon) and the associated dynamics.
  • the purpose of the invention is to improve the existing function.
  • the present invention is particularly advantageous because this function particularly increases the accuracy of the "bucket retain" function.
  • testing the function and measurements on the excavator have shown that there is a huge improvement in the control when the load is taken into account.
  • a linear controller is used for all operating points, without taking the load into account.
  • the inventor observed that the dynamics of the system strongly depend on orientation and charge of the spoon.
  • optimal control parameters when the spoon is full differ greatly from those when the spoon is empty. If the current load is not taken into account, only one set of control parameters (as a compromise of the different operating points) can be used.
  • such a solution causes enormous inaccuracies, such as oscillations and long-term control deviations, when compared to the accuracy that a method according to the present invention enables.
  • FIG. 1 shows an excavator 1 as an example of a work machine.
  • the excavator 1 has a main body 2 and a moving device 3 connected to the main body 2 of the work machine 1.
  • the movement device is configured to receive loads and move them with respect to the main body 2.
  • the movement device 1 has a boom, which in turn has a plurality of boom elements in order to move a holding element 6.
  • the boom elements here are, for example, a lifting arm 4 (or simply as “Boom”) and an arm 5 (or also known as “stick”), which are rotatably or pivotally connected to each other or to the main body 2 of the excavator 1.
  • the in Figure 1 excavator shown has a bucket 6 which is arranged at an end portion of the arm 5.
  • the boom elements 4, 5 and the bucket can be moved by means of actuators 7, 8, 9, ie the rotation or pivoting movement about the axes is caused by a movement of the actuators.
  • a first actuator 7 is provided for the lifting arm 4, which causes the movement or rotation of the lifting arm 4 relative to the main body 2.
  • a second actuator 8 is provided for the arm 5, which causes the movement or rotation of the arm 4 relative to the lifting arm 4.
  • a third actuator 9 is provided for the spoon, which moves or rotates (tilts) the spoon (or also called “shovel").
  • the actuators 7, 8, 9 can be controlled by a controller, with directional control valves being provided in the case of hydraulic cylinders, which control the flow of hydraulic fluid to the hydraulic cylinders.
  • Force data is data or measurement data that characterizes or displays the forces applied by the actuators.
  • pressure sensors can be used for this purpose, for example the pressure on both sides of the piston can be measured on the hydraulic cylinders, in which case the force applied by the hydraulic cylinder is characterized by the pressure difference.
  • Position data are data or measurement data that characterize or display the position (eg angle) of the cantilever elements, in particular their relative position or their position relative to the cantilever support (in particular also relative angles).
  • angle sensors in particular can be provided, or sensors that determine the deflection of the hydraulic cylinders.
  • status data or sensors are discussed. These are preferred examples of status data or sensors; in general, status data from other sensors can also be acquired in addition or alternatively, for example to capture pressure data, torque data, torque data, speed data, acceleration data and / or voltage data (which, as noted, in principle can also be understood as force and/or position data).
  • the weight or mass of a picked up load can be calculated or estimated from the force and position data.
  • a so-called weighing function is used, the implementation of which is known to those skilled in the art.
  • the time or period at which the force and position data is collected, based on which the load carried is calculated, is referred to as the weighing time or period.
  • the angle ⁇ a corresponds to the inclination of the lifting arm 4 with respect to a horizontal plane
  • the angle ⁇ b corresponds to the inclination of the arm 5 with respect to the axis of the lifting arm 4
  • the angle ⁇ c corresponds to the inclination of the bucket 6 with respect to the axis of the arm 5.
  • the angle ⁇ corresponds to the inclination of the bucket 6 with respect to a horizontal plane.
  • the angle ⁇ is represented in a coordinate system that is independent of the other cantilever elements 4, 5.
  • the aim of the present invention is therefore to automatically keep the angle ⁇ constant while changing the other angles ⁇ a and ⁇ b.
  • the leveling angle ⁇ is therefore automatically kept constant by the third actuator 9 (if the "Bucket Retain" function is active).
  • Figure 2 shows schematically a method for the "bucket retain" function according to an embodiment of the present invention.
  • the information about a target leveling angle ⁇ is obtained using an input device (e.g. a joystick or a button).
  • This information 108 can either be a value of the target leveling angle ⁇ or the command to keep the current leveling angle ⁇ constant.
  • sensor data 109 is collected to detect the position of the boom 4, 5 and the bucket 6.
  • the weight 110 calculated during the weighing time is also recorded.
  • a bus system 107 records all the information 108, 109 and 110 and transmits it to a control unit 103, which is responsible for controlling the third actuator 9.
  • the control unit 103 can control the position 106 of the third actuator by means of a pump 104 and a main control valve 105.
  • the control takes place in the loop 100, 101, 102, 103.
  • the target inclination ⁇ of the holding element 6 is recorded 100 during the movement of the at least one cantilever element 4, 5 and compared with the actual inclination ⁇ of the holding element 6 and the difference 101 is communicated to the control unit 103.
  • the control unit 103 will then use the information 101 and the information acquired from the bus system 107 to generate a control signal for the main control valve 105.
  • the signal is therefore calculated taking into account the weight of the load received by the holding element 6.
  • the information about the weight can be used, for example, as a control parameter in gain scheduling or in model-based control.
  • Control parameters can also be selected depending on the positioning (e.g. the angle) of the boom 4, 5. I.e. different control parameters when moving the spoon close to the main body 2 than when moving further away from the main body 2.
  • the estimated charge mass can also be used in other functions where variable dynamics play a role. E.g. in the workspace limitation assistance function.
  • the core of the present invention is therefore that a further assistance function is used to estimate the current load mass in order to take this information into account in the control of the leveling angle.
  • This can be done in the form of operating point-dependent control methods, such as gain scheduling, or a general, model-based approach. By combining the two functions, better control behavior that is independent of the operating point is expected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine (1), die einen Hauptkörper (2) und eine Bewegungsvorrichtung (3) umfasst, die an dem Hauptkörper (2) der Arbeitsmaschine (1) angeschlossen ist und die konfiguriert ist Lasten aufzunehmen und bezüglich des Hauptkörpers (2) zu bewegen, wobei die Bewegungsvorrichtung einen Ausleger mit einem oder mehreren Auslegerelementen (4, 5) und ein an einem Endabschnitt des Auslegers angeordnetes Halteelement (6) zur Aufnahme von Last aufweist, wobei die Auslegerelemente (4, 5) und das Halteelement (6) durch einen oder mehrere unabhängig voneinander wirkende Aktuatoren (7, 8, 9) bewegbar sind, wobei Sensoren vorgesehen sind, die eingerichtet sind, Zustandsdaten der Bewegungsvorrichtung (3) zu erfassen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:a. Erfassen einer Bewegung mindestens eines Auslegerelements (4, 5);b. Erfassen eines Befehls, eine Soll-Neigung (ϕ) des Halteelements (6) während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements (4, 5) konstant zu behalten, wobei die Soll-Neigung (ϕ) einen Soll-Winkel des Halteelements (6) relativ zu dem Hauptkörper (2) der Arbeitsmaschine (1) beschreibt;c. Berechnen eines Gewichts einer von dem Halteelement (6) aufgenommenen Last;d. Berechnen einer Soll-Bewegung eines der Aktuatoren (9), der für die Bewegung des Halteelements (6) zuständig ist, sodass die Soll-Neigung (ϕ) des Halteelements (6) während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements (4, 5) konstant bleibt, wobei die Berechnung unter Berücksichtigung des im Schritt c. berechneten Gewichts und der erfassten Bewegung des mindestens einen Auslegerelements (4, 5) erfolgt.e. Regeln des Aktuators (9), der für die Bewegung des Halteelements zuständig ist, auf Basis der im Schritt d. berechneten Soll-Bewegung..

Description

    TECHNISCHER BEREICH
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine, das ermöglicht, eine Neigung eines Halteelements konstant zu behalten, während mindestens ein Auslegerelement bewegt wird .
    • STAND DER TECHNIK
  • Mobile Arbeitsmaschinen mit Assistenzfunktion "Bucket Retain" sind weltweit benutzt. Eine solche Funktion ist in der Patentanmeldung DE 11 2017 000 130 T5 offenbart. Die Assistenzfunktion "Bucket Retain" hat den Zweck einen eingestellten Planierwinkel einer Arbeitsmaschine zu regeln. Der Planierwinkel beschreibt den Winkel des Löffels in Bezug auf das äußere, übergeordnete Koordinatensystem und ist abhängig von Ausleger-, Stiel- und Löffelwinkel, in ihren jeweiligen Koordinatensystemen. Die Funktion "Bucket Retain" verstellt den Löffelwinkel geregelt um einen gewünschten Planierwinkel einzuhalten. Ausleger und Stiel sind weiterhin durch den Fahrzeugführer verstellbar.
  • Eine solche Funktion kann Anwendungen bei verschiedenen Arten von Maschinen finden. In der Tat können Bagger (Standard, Mini, Midi, Mining, Mobil), Radlader, Telehandler, Forstmaschinen mit entsprechender Funktionalität auf dem Markt gefunden werden. In der vorliegenden Erfindung wird deswegen mit dem Wortlaut "Arbeitsmaschine" eine beliebige von dieser oder anderen aus dem Stand der Technik bekannten Maschine gemeint.
  • Die Regelgenauigkeit und Regelgeschwindigkeit dieser Funktion ist aufgrund des unterschiedlichen Gewichtes des angebrachten Halteelements (zum Beispiel Zuladung in einem Löffel) und der damit verbundenen Dynamik allerdings nicht besonders hoch. Aus diesem Grund ist Zweck der Erfindung, die vorhandene Funktion zu verbessern.
    • KURZFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine bereitgestellt, die einen Hauptkörper und eine Bewegungsvorrichtung umfasst, die an dem Hauptkörper der Arbeitsmaschine angeschlossen ist und die konfiguriert ist Lasten aufzunehmen und bezüglich des Hauptkörpers zu bewegen, wobei die Bewegungsvorrichtung einen Ausleger mit einem oder mehreren Auslegerelementen und ein an einem Endabschnitt des Auslegers angeordnetes Halteelement zur Aufnahme von Last aufweist, wobei die Auslegerelemente und das Halteelement durch einen oder mehrere unabhängig voneinander wirkende Aktuatoren bewegbar sind, wobei Sensoren vorgesehen sind, die eingerichtet sind, Zustandsdaten der Bewegungsvorrichtung zu erfassen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    1. a. Erfassen einer Bewegung mindestens eines Auslegerelements;
    2. b. Erfassen eines Befehls, eine Soll-Neigung des Halteelements während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements konstant zu behalten, wobei die Soll-Neigung einen Soll-Winkel des Halteelements in einem Koordinatensystem, das unabhängig von dem mindestens einen Auslegerelement ist, beschreibt;
    3. c. Berechnen eines Gewichts einer von dem Halteelement aufgenommenen Last;
    4. d. Berechnen einer Soll-Bewegung eines der Aktuatoren, der für die Bewegung des Halteelements zuständig ist, sodass die Soll-Neigung des Halteelements während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements konstant bleibt, wobei die Berechnung unter Berücksichtigung des im Schritt c. berechneten Gewichts und der erfassten Bewegung des mindestens einen Auslegerelements erfolgt;
    5. e. Regeln des Aktuators, der für die Bewegung des Halteelements zuständig ist, auf Basis der im Schritt d. berechneten Soll-Bewegung.
  • Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, da durch diese Funktion die Genauigkeit der "Bucket Retain" Funktion besonders erhört wird. Insbesondere haben das Testen der Funktion und Messungen am Bagger gezeigt, dass eine Verbesserung der Regelung bei Berücksichtigung der Last enorm ist. In derzeitiger Umsetzung wird ein linearer Regler für alle Arbeitspunkte, ohne Berücksichtigung der Last verwendet. Der Erfinder hat allerdings beobachtet, dass die Dynamik des Systems stark abhängig von Orientierung und Ladung des Löffels ist. Insbesondere hat der Erfinder beobachtet, dass optimale Regelparameter bei vollem Löffel stark von denen bei leerem Löffel abweichen. Wenn die aktuelle Ladung nicht berücksichtigt wird, kann lediglich ein Set an Regelparameter (als Kompromiss der verschiedenen Arbeitspunkte) verwendet werden. Eine solche Lösung verursacht allerdings enorme Ungenauigkeit, wie Schwingen und langzeitige Regelabweichungen, wenn verglichen mit der Genauigkeit, die ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile und / oder auf ähnliche Teile und / oder auf entsprechende Teile des Systems beziehen. Zu den Figuren:
    • Figur 1 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine mit beweglichen Elementen;
    • Figur 2 zeigt schematisch ein Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, wie sie in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Nichtsdestotrotz ist die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt, die in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben und in den Figuren gezeigt sind, sondern die beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich einige Aspekte der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich durch die Ansprüche definiert ist.
  • Weitere Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann klar. Die vorliegende Beschreibung umfasst somit alle Änderungen und / oder Variationen der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich durch die Ansprüche definiert ist.
  • Figur 1 zeigt einen Bagger 1 als Beispiel für eine Arbeitsmaschine. Der Bagger 1 weist einen Hauptkörper 2 und eine Bewegungsvorrichtung 3 auf, die an dem Hauptkörper 2 der Arbeitsmaschine 1 angeschlossen. Die Bewegungsvorrichtung ist konfiguriert Lasten aufzunehmen und bezüglich des Hauptkörpers 2 zu bewegen. Die Bewegungsvorrichtung 1 weist einen Ausleger auf, der wiederum mehrere Auslegerelemente aufweist, um ein Halteelement 6 zu bewegen. Die Auslegerelemente sind hier beispielhaft ein Hubarm 4 (oder einfach als "Ausleger" bekannt) und einen Arm 5 (oder auch als "Stiel" bekannt), die miteinander bzw. mit dem Hauptkörper 2 des Baggers 1 drehbar bzw. schwenkbar verbunden sind. Darüber hinaus umfasst der in Figur 1 dargestellte Bagger einen Löffel 6, der an einem Endabschnitt des Arms 5 angeordnet ist. Die Auslegerelemente 4, 5 und der Löffel sind mittels Aktuatoren 7, 8, 9 bewegbar, d.h. die Dreh- bzw. Schwenkbewegung um die Achsen wird durch eine Bewegung der Aktuatoren bewirkt.
  • Es ist ein erster Aktuator 7 für den Hubarm 4 vorgesehen, der die Bewegung bzw. Drehung des Hubarms 4 relativ zum Hauptkörper 2 bewirkt. Ebenso ist ein zweiter Aktuator 8 für den Arm 5 vorgesehen, der die Bewegung bzw. Drehung des Arms 4 relativ zum Hubarm 4 bewirkt. Ebenso ist ein dritter Aktuator 9 für den Löffel vorgesehen, der den Löffel (oder auch "Schaufel" genannt) bewegt bzw. dreht (kippt).
  • Die Aktuatoren 7, 8, 9 können durch eine Steuerung angesteuert werden, wobei im Falle von Hydraulikzylindern Wegeventile vorgesehen sind, die den Fluss von Hydraulikflüssigkeit zu den Hydraulikzylindern steuern.
  • Es sind Sensoren vorgesehen (in Figur 1 nicht dargestellt), die Kräftedaten und Positionsdaten erfassen. Kräftedaten sind Daten bzw. Messdaten, die die von den Aktuatoren aufgebrachte Kräfte charakterisieren bzw. anzeigen. Dazu können insbesondere Drucksensoren verwendet werden, z.B. an den Hydraulikzylindern der Druck auf beiden Seiten des Kolbens gemessen werden, wobei dann die vom Hydraulikzylinder aufgebrachte Kraft durch die Druckdifferenz charakterisiert ist. Positionsdaten sind Daten bzw. Messdaten, die die Position (z.B. Winkel) der Auslegerelemente, insbesondere deren relative Position bzw. deren Position relativ zum Auslegerträger (insbesondere jeweils auch relative Winkel), charakterisieren bzw. anzeigen. Hierzu können insbesondere Winkelsensoren vorgesehen sein, oder Sensoren, die die Auslenkung der Hydraulikzylinder bestimmen.
  • Es wird insbesondere auf Kräftedaten und Positionsdaten und entsprechende Sensoren eingegangen. Dies sind bevorzugte Beispiele für Zustandsdaten bzw. Sensoren, im Allgemeinen können zusätzlich bzw. alternativ auch Zustandsdaten von anderen Sensoren erfasst werden, um beispielsweise Druckdaten, Momentdaten, Drehmomentdaten, Geschwindigkeitsdaten, Beschleunigungsdaten und/oder Spannungsdaten zu erfassen (die, wie angemerkt, im Prinzip auch als Kräfte- und/oder Positionsdaten aufgefasst werden können).
  • Da die geometrischen Verhältnisse der Auslegerelemente und deren Gewichte bzw. Massen bekannt sind, kann aus den Kräfte- und Positionsdaten das Gewicht bzw. die Masse einer aufgenommenen Last berechnet bzw. geschätzt werden. Dazu wird eine sogenannte Wiegefunktion verwendet, deren Implementierung dem Fachmann an sich bekannt ist. Der Zeitpunkt oder Zeitraum, an bzw. in dem die Kräfte- und Positionsdaten erfasst werden, basierend auf denen die aufgenommene Last berechnet wird, wird als Wiegezeitpunkt bzw. Wiegezeitraum bezeichnet.
  • Ein Beispiel einer Wiegefunktion ist in der Patendanmeldung DE 102021205407.2 offenbart, die an dem Anmeldetag dieser Patentanmeldung noch nicht veröffentlicht wurde.
  • Wie in Figur 1 dargestellt ist, entspricht der Winkel θa der Neigung des Hubarms 4 bezüglich einer horizontalen Ebene, der Winkel θb der Neigung des Arms 5 bezüglich der Achse des Hubarms 4, der Winkel θc der Neigung des Löffels 6 bezüglich der Achse des Armes 5. Der Winkel ϕ entspricht der Neigung des Löffels 6 bezüglich einer horizontalen Ebene. Der Winkel ϕ wird in einem Koordinatensystem dargestellt, das unabhängig von den anderen Auslegerelementen 4, 5 ist.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, den Winkel ϕ automatisch konstant zu behalten, während die anderen Winkeln θa und θb geändert werden. Der Planierwinkel ϕ wird deswegen (wenn die Funktion "Bucket Retain" aktiv ist) automatisch durch den dritten Aktuator 9 konstant gehalten.
  • Figur 2 zeigt schematisch ein Verfahren für die "Bucket Retain" Funktion nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In einem ersten Schritt werden die Informationen über einen Soll Planierwinkel ϕ mittels einer Eingabevorrichtung (z.B. ein Joystick oder ein Knopf) erhalten. Diese Information 108 kann entweder ein Wert von dem Soll Planierwinkel ϕ oder der Befehl, den aktuellen ist Planierwinkel ϕ konstant zu behalten, sein. Darüber hinaus werden Sensordaten 109 erfasst, um die Position des Auslegers 4, 5 und des Löffels 6 zu erfassen. In dem ersten Schritt wird auch das während dem Wiegezeitpunkt berechnete Gewicht 110 erfasst. Ein Bus System 107 erfasst alle die Informationen 108, 109 und 110 und überträgt diese an eine Steuereinheit 103, die für die Regelung des dritten Aktuators 9 zuständig ist. Die Steuereinheit 103 kann mittels einer Pumpe 104 und eine Hauptsteuerventil 105 die Position 106 des dritten Aktuators steuern.
  • Die Regelung erfolgt in dem Loop 100, 101, 102, 103. In einem ersten Schritt wird die Soll-Neigung ϕ des Halteelements 6 während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements 4, 5 erfasst 100 und mit der Ist-Neigung ϕ des Halteelements 6 verglichen und der Unterschied 101 wird an die Steuereinheit 103 mitgeteilt.
  • Die Steuereinheit 103 wird dann die Information 101 und die von dem Bus System 107 erfassten Informationen benutzen, um ein Steuerungssignal für den Hauptsteuerventil 105 zu erzeugen.
  • Das Signal wird deswegen unter Berücksichtigung des Gewichts der von dem Halteelement 6 aufgenommenen Last berechnet. Die Information über das Gewicht kann zum Beispiel als Regelparameter in einem Gain-Scheduling oder in einem Modellbasierte Regelung verwendet werden.
  • Regelparameter können zusätzlich von der Positionierung (z.B. von dem Winkel) von dem Ausleger 4, 5 abhängig gewählt werden. D.h. unterschiedliche Regelparameter bei Führen des Löffels nahe an dem Hauptkörper 2 als bei Bewegung weiter von dem Hauptkörper 2 entfernt.
  • Die geschätzte Ladungsmasse kann ebenfalls in anderen Funktionen genutzt werden, in denen die variable Dynamik eine Rolle spielen. Z.B. in der Assistenzfunktion Arbeitsraumbegrenzung.
  • Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht deswegen darin, dass eine weitere Assistenzfunktion, zum Schätzen der aktuellen Ladungsmasse, verwendet wird, um diese Information in der Regelung des Planierwinkels zu berücksichtigen. Dies kann in Form von arbeitspunktabhängigen Regelverfahren, wie z.B. Gain-Scheduling, oder einem allgemeinen, modellbasiertem Ansatz geschehen. Durch Kombination der beiden Funktionen wird ein besseres und arbeitspunktunabhängiges Regelverhalten erwartet.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine (1), die einen Hauptkörper (2) und eine Bewegungsvorrichtung (3) umfasst, die an dem Hauptkörper (2) der Arbeitsmaschine (1) angeschlossen ist und die konfiguriert ist Lasten aufzunehmen und bezüglich des Hauptkörpers (2) zu bewegen, wobei die Bewegungsvorrichtung einen Ausleger mit einem oder mehreren Auslegerelementen (4, 5) und ein an einem Endabschnitt des Auslegers angeordnetes Halteelement (6) zur Aufnahme von Last aufweist, wobei die Auslegerelemente (4, 5) und das Halteelement (6) durch einen oder mehrere unabhängig voneinander wirkende Aktuatoren (7, 8, 9) bewegbar sind, wobei Sensoren vorgesehen sind, die eingerichtet sind, Zustandsdaten der Bewegungsvorrichtung (3) zu erfassen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    a. Erfassen einer Bewegung mindestens eines Auslegerelements (4, 5);
    b. Erfassen eines Befehls, eine Soll-Neigung (ϕ) des Halteelements (6) während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements (4, 5) konstant zu behalten, wobei die Soll-Neigung (ϕ) einen Soll-Winkel des Halteelements (6) in einem Koordinatensystem, das unabhängig von dem mindestens einen Auslegerelement (4, 5) ist, beschreibt;
    c. Berechnen eines Gewichts einer von dem Halteelement (6) aufgenommenen Last;
    d. Berechnen einer Soll-Bewegung eines der Aktuatoren (9), der für die Bewegung des Halteelements (6) zuständig ist, sodass die Soll-Neigung (ϕ) des Halteelements (6) während der Bewegung des mindestens einen Auslegerelements (4, 5) konstant bleibt, wobei die Berechnung unter Berücksichtigung des im Schritt c. berechneten Gewichts und der erfassten Bewegung des mindestens einen Auslegerelements (4, 5) erfolgt;
    e. Regeln des Aktuators (9), der für die Bewegung des Halteelements zuständig ist, auf Basis der im Schritt d. berechneten Soll-Bewegung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei das Halteelement (6) ein Löffel ist, und wobei die Soll-Neigung (ϕ) ein Soll-Planierwinkel des Löffels (6) ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Ausleger ausschließlich ein erstes (4) und ein zweites (5) Auslegerelement umfasst.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Schritt d. die Berechnung weiterhin unter Berücksichtigung der Position des Halteelements (6) bezüglich des Hauptkörpers (2) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Schritt d. mindestens einen Regelparameter für die Berücksichtigung des im Schritt c. berechneten Gewichts benutzt wird, wobei der Regelparameter abhängig von der Position des Halteelements (6) ist.
  6. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  7. Arbeitsmaschine (1), die einen Hauptkörper (2) und eine Bewegungsvorrichtung (3) umfasst, die an dem Hauptkörper (2) der Arbeitsmaschine (1) angeschlossen ist und die konfiguriert ist Lasten aufzunehmen und bezüglich des Hauptkörpers (2) zu bewegen, wobei die Bewegungsvorrichtung einen Ausleger mit einem oder mehreren Auslegerelementen (4, 5) und ein an einem Endabschnitt des Auslegers angeordnetes Halteelement (6) zur Aufnahme von Last aufweist, wobei die Auslegerelemente (4, 5) und das Halteelement (6) durch einen oder mehrere unabhängig voneinander wirkende Aktuatoren (7, 8, 9) bewegbar sind, wobei Sensoren vorgesehen sind, die eingerichtet sind, Zustandsdaten der Bewegungsvorrichtung zu erfassen, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die eine Wiegefunktion implementiert, die dazu eingerichtet ist, erfasste Zustandsdaten auszuwerten, um ein Gewicht einer von der Bewegungsvorrichtung (3) aufgenommenen Last zu bestimmen; aufweisend eine Recheneinheit nach Anspruch 6.
  8. Computerprogramm, das eine Recheneinheit veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 8.
EP23169142.9A 2022-04-25 2023-04-21 Verfahren zur verbesserung der planierwinkelregelung einer arbeitsmaschine Pending EP4269705A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022203960.2A DE102022203960A1 (de) 2022-04-25 2022-04-25 Verfahren zur Verbesserung der Planierwinkelregelung einer Arbeitsmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4269705A1 true EP4269705A1 (de) 2023-11-01

Family

ID=86142693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23169142.9A Pending EP4269705A1 (de) 2022-04-25 2023-04-21 Verfahren zur verbesserung der planierwinkelregelung einer arbeitsmaschine

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4269705A1 (de)
JP (1) JP2023161577A (de)
CN (1) CN116950155A (de)
DE (1) DE102022203960A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10183669A (ja) * 1996-12-20 1998-07-14 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械の制御装置
JPH10259619A (ja) * 1997-03-18 1998-09-29 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械の制御装置
DE112017000130T5 (de) 2017-01-10 2018-09-13 Komatsu Ltd. Arbeitsfahrzeug und Verfahren zum Steuern desselben
US20200087893A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 Deere & Company Controlling a work machine based on sensed variables
US20200362530A1 (en) * 2018-03-30 2020-11-19 Komatsu Ltd. Work machine control device and work machine control method
JP7009600B1 (ja) * 2020-12-07 2022-01-25 日立建機株式会社 作業機械

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4030954C2 (de) 1990-09-29 1994-08-04 Danfoss As Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines hydraulisch bewegbaren Arbeitsgeräts und Bahnsteuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP3441886B2 (ja) 1996-06-18 2003-09-02 日立建機株式会社 油圧建設機械の自動軌跡制御装置
JP3608900B2 (ja) 1997-03-10 2005-01-12 新キャタピラー三菱株式会社 建設機械の制御方法および制御装置
DE19939796C1 (de) 1999-08-21 2000-11-23 Orenstein & Koppel Ag Verfahren und Arbeitsmaschine zur Herstellung von Bodenflächen
JP6271771B2 (ja) 2016-11-29 2018-01-31 株式会社小松製作所 建設機械の制御装置及び建設機械の制御方法
EP3708718B1 (de) 2017-11-10 2024-06-12 Sumitomo (S.H.I.) Construction Machinery Co., Ltd. Bagger
JP7141894B2 (ja) 2018-09-05 2022-09-26 日立建機株式会社 作業機械
NL2022360B1 (nl) 2019-01-10 2020-08-13 Hudson I P B V Mobiele inrichting
DE102020212490A1 (de) 2020-10-02 2022-04-07 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Bestimmen des Gewichts einer Beladung einer mobilen Arbeitsmaschine, Lernverfahren für ein datenbasiertes Modell und mobile Arbeitsmaschine
DE102021205407A1 (de) 2021-05-27 2022-12-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Beladungsschätzung von Arbeitsmaschinen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10183669A (ja) * 1996-12-20 1998-07-14 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械の制御装置
JPH10259619A (ja) * 1997-03-18 1998-09-29 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械の制御装置
DE112017000130T5 (de) 2017-01-10 2018-09-13 Komatsu Ltd. Arbeitsfahrzeug und Verfahren zum Steuern desselben
US20200362530A1 (en) * 2018-03-30 2020-11-19 Komatsu Ltd. Work machine control device and work machine control method
US20200087893A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 Deere & Company Controlling a work machine based on sensed variables
JP7009600B1 (ja) * 2020-12-07 2022-01-25 日立建機株式会社 作業機械

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022203960A1 (de) 2023-10-26
CN116950155A (zh) 2023-10-27
JP2023161577A (ja) 2023-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2422018B1 (de) Mobile arbeitsmaschine mit einer positionsregeleinrichtung eines arbeitsarms und verfahren zur positionsregelung eines arbeitsarms einer mobilen arbeitsmaschine
AT514115B1 (de) Elektrohydraulischer Steuerkreis
DE112009000522T5 (de) Angepasstes Nutzlastüberwachungssystem
DE102009037880B4 (de) Mobile Arbeitsmaschine mit einer Regelvorrichtung mit einem Arbeitsarm und Verfahren zur Arbeitspunktregelung eines Arbeitsarms einer mobilen Arbeitsmaschine
EP2736833B1 (de) Steuervorrichtung
EP2843378B1 (de) Arbeitsmaschine mit Hubvorrichtung und Wiegeeinrichtung
EP3650179A1 (de) System und verfahren zum bestimmen der masse einer von einem arbeitsgerät bewegten nutzlast
DE102013017240A1 (de) System zur Ermittlung des Arbeitszyklus
DE112008003243T5 (de) Nutzlastsystem mit Kompensation von Rotationkräften
DE102017109939A1 (de) Identifikation des Betriebs einer Arbeitsmaschine
DE112016000090T5 (de) Baumaschinensteuerungssystem, baumaschine und baumaschinensteuerungsverfahren
AT514116A1 (de) Regelsystem und Verfahren zum Steuern der Orientierung eines Segments eines Manipulators
EP3556967B1 (de) Grossmanipulator, insbesondere für betonpumpen
DE10000771C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen mobiler Arbeitsmaschinen
EP4222460A1 (de) Verfahren zum bestimmen des gewichts einer beladung einer mobilen arbeitsmaschine, lernverfahren für ein datenbasiertes modell und mobile arbeitsmaschine
EP3439834A1 (de) Kartesische steuerung einer mastspitze eines grossmanipulators, insbesondere betonpumpe
EP4148193B1 (de) Verfahren zum aufrufen einer wiegefunktion einer arbeitsmaschine und arbeitsmaschine
DE102021205025A1 (de) Bagger mit verbesserter bewegungserfassung
EP4269705A1 (de) Verfahren zur verbesserung der planierwinkelregelung einer arbeitsmaschine
DE102021205407A1 (de) Verfahren zur Beladungsschätzung von Arbeitsmaschinen
EP4130394A1 (de) Verfahren zur überwachung und/oder durchführung einer bewegung eines arbeitsgeräts sowie arbeitsgerät und computerprogrammprodukt
EP3969673B1 (de) Verfahren zur berechnung eines aushubvolumens
DE112022000038T5 (de) Verfahren zur Schätzung eines Moments eines Arbeitsgerätes
WO2021239680A2 (de) Verfahren zum betreiben einer mobilen arbeitsmaschine
DE102021205386A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Zylinders einer Arbeitsmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240502

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR