FI20205576A1 - Työkoneen puomiston ohjaaminen - Google Patents

Työkoneen puomiston ohjaaminen Download PDF

Info

Publication number
FI20205576A1
FI20205576A1 FI20205576A FI20205576A FI20205576A1 FI 20205576 A1 FI20205576 A1 FI 20205576A1 FI 20205576 A FI20205576 A FI 20205576A FI 20205576 A FI20205576 A FI 20205576A FI 20205576 A1 FI20205576 A1 FI 20205576A1
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
boom
actuator
control
tip
speed
Prior art date
Application number
FI20205576A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Inventor
Tatu Kailavaara
Original Assignee
Ponsse Oyj
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 Ponsse Oyj filed Critical Ponsse Oyj
Priority to FI20205576A priority Critical patent/FI20205576A1/fi
Priority to EP21817988.5A priority patent/EP4161249A4/en
Priority to CA3183900A priority patent/CA3183900A1/en
Priority to US18/007,559 priority patent/US20230213045A1/en
Priority to BR112022023847A priority patent/BR112022023847A2/pt
Priority to CN202180039505.7A priority patent/CN115697042A/zh
Priority to PCT/FI2021/050401 priority patent/WO2021245335A1/en
Publication of FI20205576A1 publication Critical patent/FI20205576A1/fi

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • A01G23/003—Collecting felled trees
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • A01G23/02—Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • A01G23/08—Felling trees
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
    • 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
    • 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
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2004—Control mechanisms, e.g. control levers
    • E02F9/2012—Setting the functions of the control levers, e.g. changing assigned functions among operations levers, setting functions dependent on the operator or seat orientation
    • 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)
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • A01G23/02—Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6336—Electronic controllers using input signals representing a state of the output member, e.g. position, speed or acceleration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

Esitetyssä ratkaisussa ohjataan työkoneen puomistoa kärkiohjauksella. Kärkiohjauksessa puomiston kärjelle annetaan ohjauskomento, joka muutetaan puomiston yksittäisten toimilaitteiden ohjauskomennoiksi. Esitetyssä ratkaisussa määritetään puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure ja huomioidaan toimilaitteen ohjauskomennossa kyseinen puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure.

Description

Työkoneen puomiston ohjaaminen Keksinnön tausta Keksintö liittyy työkoneen puomiston ohjaamiseen ja erityisesti työko- neen puomiston ohjaamiseen hyödyntäen ns. kärkiohjausta.
Haasteena työkoneen puomiston ohjaamisessa on saada puomisto oh- jattua kaikissa käyttötilanteissa nopeasti ja luotettavasti halutulla tavalla.
Keksinnön lyhyt selostus Keksinnön tavoitteena on siten kehittää uusi menetelmä, ohjausjärjes- telmä, työkone ja tietokoneohjelmatuote.
Keksinnön mukaiselle ratkaisulle on tun- nusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa.
Keksinnön edul- liset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.
Esitetyssa ratkaisussa ohjataan työkoneen puomistoa kärkiohjauksella.
Kärkiohjauksessa puomiston kärjelle annetaan ohjauskomento, joka muutetaan puomiston yksittäisten toimilaitteiden ohjauskomennoiksi.
Esitetyssä ratkaisussa määritetään puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure ja huomioidaan toimilaitteen ohjauskomennossa kyseinen puomiston kärjessä ole- vaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure.
Tällaisella ratkaisulla saadaan toimi- laite ohjattua liikkumaan erittäin tarkasti halutulla nopeudella eri tilanteissa.
Tar- kassa nopeudessa pystytään jopa pysymään, vaikka toimilaitteeseen kohdistuva voima muuttuisi liikkeen aikana.
Eri tilanteet voivat aiheutua esimerkiksi puomis- ton kärjellä käsiteltävän kuorman painon vaihdellessa tai puomiston kärjen paikan vaihdellessa.
Toimilaitteen liikkuminen halutulla nopeudella on tärkeää, jotta puo- miston kärki liikkuu koko ajan halutusti.
Erään suoritusmuodon mukaan puomiston kärjen ohjauskomennon Q 25 muuttaminen yksittäisten toimilaitteiden ohjauskomennoiksi käsittää yksittäisen N toimilaitteen nopeuspyynnön muodostamisen ja toimilaitteen ohjauskomento on S toimilaitteen ohjaussignaalin suuruus.
Tällöin toimilaitteen ohjaussignaalin suu- 2 ruus riippuu toimilaitteen nopeuspyynnöstä ja kyseisestä puomiston kärjessä ole- = vaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvästä suureesta.
Näin ohjauksen toteuttami- o 30 nenonyksinkertaista ja selkeää. 5 Erään suoritusmuodon mukaan muodostetaan toimilaitteen ohjaussig- S naalin suuruuden, toimilaitteen nopeuspyynnön ja puomiston kärjessä olevaan N kuormaan ja sen sijaintiin liittyvän suureen keskinäisistä suhteista taulukko ja määritetään toimilaitteen ohjaussignaalin suuruus kyseisestä taulukosta.
Taulu- kon muodostaminen, käyttö ja hallinta on selkeää ja tehokasta.
Erään suoritusmuodon mukaan määritetään toimilaitteen nopeuden ja toimilaitteen nopeuspyynnön erolle suurin sallittu raja-arvo, mitataan toimilait- teen nopeus, verrataan toimilaitteen nopeutta toimilaitteen nopeuspyyntöön ja mi- käli mitatun nopeuden ja nopeuspyynnön ero ylittää sallitun raja-arvon, niin kalib- roidaan kyseistä taulukkoa.
Näin pystytään pitämään ohjaus tarkkana ja hallittuna vaikka olosuhteissa ja/tai laitteistossa tapahtuisi muutoksia, jotka pyrkivät heiken- tämään ohjauksen luotettavuutta.
Erään suoritusmuodon mukaan kyseinen puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure on paine puomiston toimilaitteella.
Pai- neen mittaaminen on kohtuullisen yksinkertaista ja toimilaitteen paineesta on yl- lättävän hyvä korrelaatio ohjauksen tarkkuuteen.
Kuvioiden lyhyt selostus Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: Kuvio 1 esittää erästä työkonetta; Kuvio 2 esittää toista työkonetta; Kuvio 3 esittää kaaviota kärkiohjaukseen liittyvää hydrauliikka- ja säh- köistä ohjausta; Kuvio 4 esittää vuokaaviota erään suoritusmuodon mukaisesta mene- telmästä; Kuvio 5 esittää vuokaaviota erään suoritusmuodon mukaisesta kalib- roinnista; Kuvio 6 esittää esimerkkiä käytettävien suureiden välisiä suhteita ku- vaavasta taulukosta; ja Kuvio 7 esittää esimerkkiä kuvion 6 mukaisesta taulukosta kalib- S roituna.
S Keksinnön yksityiskohtainen selostus 2 Kärkiohjauksessa käyttäjä antaa ohjauslaitteella puomiston kärjelle oh- = jauskomennon eli pyynnön liikkua tiettyyn suuntaan tietyllä nopeudella.
Kullekin a © 30 puomiston toimilaitteelle lasketaan tarvittava liikenopeus siten, että puomiston eri 5 toimilaitteiden yhteisvaikutuksesta saavutetaan puomiston kärjen haluttu liike.
S Kärkiohjauksessa siis kuljettajan ohjauskomento puomin pään liikutta- N miseksi toteutetaan jakamalla ohjauskomento yksittäisten puomien liikkeeksi puo- minpään liikuttamiseksi ohjauskomennon mukaisesti antureilla mitattuja puo- mien asentoja ja liiketiloja käyttäen.
Puominpään haluttu liike jaetaan osiin eri puomeille esimerkiksi ns. Jakobianin matriisia hyväksikäyttäen. Kärkiohjauksen toteuttamiseen löytyy opastusta esimerkiksi seuraavista kirjallisuusviitteistä: Björn Löfgren: Kinematic Control of Redundant Knuckle Booms, Licentiate thesis, Department of Machine Design, Royal Institute of Technology, Stockholm, 2004; Björn Löfgren: Kinematic Control of Redundant Knuckle Booms with Automatic Path-Following Functions, Doctoral thesis, Department of Machine Design, Royal Institute of Technology, Stockholm, 2009; Mikkel M. Pedersen, Michael R. Hansen, Morten Ballebye: Developing a Tool Point Control Scheme for a Hydraulic Crane Using Interactive Real-time Dynamic Simulation: Modelling, Identification and Control, Vol. 31, No. 4, 2010, pp. 133-143, ISSN 1890-1328.
Viitaten kuvioihin 1 ja 2, kuviot 1 ja 2 esittävät eräitä työkoneita. Työ- kone 1 voi edullisesti käsittää liikkuvan työkoneen 1 ja erityisen edullisesti kalte- valla ja/tai epätasaisella alustalla liikkumaan sovitettavissa olevan liikkuvan työ- koneen 1. Tällainen liikkuva työkone voi olla esimerkiksi metsätyöyksikkö, esimer- kiksi kuormatraktori, kuten kuviossa 1, harvesteri, kuten kuviossa 2, tai muu met- säkone, esimerkiksi muunlainen kuorman kuljetukseen soveltuva ajokone tai kuormatraktorin ja harvesterin yhdistelmä, tai muu liikkuva työkone, kuten kai- voskone tai kaivinkone.
Työkone 1 voi käsittää alustan, joka voi käsittää yhden tai useampia runko-osia 11. Ainakin yhteen runko-osaan 11 voi olla sovitettu puomisto 14. Työ- kone voi myös käsittää esimerkiksi puomistoon 14 sovitetun työkalun 16. Työkalu voi käsittää esimerkiksi nostovälineen, kuten kuormakauhan, ja/tai puunkäsittely- työkalun, kuten harvesteripään. Metsäkone voi olla runko-ohjattu ja metsäkone voi käsittää ainakin kaksi runko-osaa 11.
Suoritusmuodosta riippuen työkone 1 voi käsittää myös muita raken- o neosia. Työkone 1 voi esimerkiksi käsittää ainakin yhteen runko-osaan 11 sovite- AN tun ohjaamon 12. Työkone 1 voi edelleen käsittää liikkumisvälineet 13, jotka liik- > kumisvälineet 13 voivat käsittää ainakin yhden seuraavista: akseliin sovitettuja = pyöriä, keinuvaan akseliin sovitettuja pyöriä, teliakseliin sovitettuja pyöriä, telas- © 30 ton tai muun sinällään tunnetun välineen työkoneen ohjaamiseksi liikkeeseen työ- E alustaansa nähden.
© Puomisto 14 voi olla sovitettu alustaan tai ohjaamoon 12. Ohjaamo 12 5 ja/tai puomisto 14 voi olla sovitettu alustaan nähden taittuvasti ja/tai pyörivästi. N Alan ammattilaiselle on selvää, että työkone 1 lisäksi tyypillisesti käsittää lukuisia N 35 — erilaisia rakenteellisia ja toiminnallisia, työkoneen tyypistä riippuvia rakenneosia ja kokonaisuuksia, kuten kuormatilan 15, voimanlähteen 17 ja niin edelleen.
Kuviossa 1 puomisto 14 on muodostettu siten, että työkoneeseen 1 on kiinnitetty jalusta, jossa on kääntökehä. Kääntökehässä on edelleen alempi kehä ja ylempi kehä laakeroituna toistensa suhteen. Ylempää kehää kääntää hydraulisylin- terien käyttämä hammastankokoneikko.
Nosturin pylväs on kiinnitetty ylempään kehään. Nosturin pylvääseen on puolestaan nivelöity nostopuomi 18. Nostopuomia 18 liikutetaan nostosylinte- rillä 19.
Nostopuomiin 18 on edelleen nivelöity taittopuomi 20. Taittopuomia 20 liikutetaan taittosylinterillä 21. Taittopuomissa 20 voi olla omalla toimilaitteel- laan liikuteltava teleskooppijatke. Teleskooppijatkeen päässä voi olla työkalu ku- ten kuormakauha.
Kuvion 2 puomisto 14 vastaa perusratkaisultaan kuvion 1 puomistoa
14. Kuvion 2 puomisto 14 poikkeaa kuitenkin jalustan suhteen kuvion 1 raken- teesta. Kuvion 2 ratkaisussa kääntökehän ylempi kehä on varustettu sisäpuolisella hammastuksella ja sitä kääntää moottori, joka pyörittää hammaspyörää sisäpuo- lista hammastusta vasten.
Puomisto 14 voidaan kuvata myös siten, että se käsittää peräkkäisinä osinaan kehärungon kiinnitettäväksi jäykästi työkoneeseen, kehärunkoon pyöri- västi laakeroidun nosturin jalkaosan, jalkaosaan nivelöidyn ensimmäisen puomin, ensimmäiseen puomiin nivelöidyn toisen puomin ja mahdollisen teleskooppisovi- telman toisessa puomissa. Lisäksi puomisto käsittää toimilaitteet kunkin peräkkäi- sen osan käyttämiseksi.
Puomiston 14 kunkin osan yhteyteen sovitetaan liikenopeusanturi. Sel- vyyden vuoksi on kuvioissa 1 ja 2 havainnollistettu kaavamaisesti ainoastaan nos- topuomin liikenopeusanturi 22 ja taittopuomin liikenopeusanturi 23, mutta edul- o lisesti siis jokaisen puomiston 14 osan yhteydessä on liikenopeusanturi. AN Liikenopeusanturi voi olla esimerkiksi asentoanturi. Liikenopeusantu- > rilla voidaan mitata esimerkiksi puomin kulma ja kulmakiihtyvyys. Edelleen liike- = nopeusanturilla voidaan mitata esimerkiksi puomin asento ja toimilaitteen sylin- © 30 terin männän liikenopeus. Esimerkiksi nostopuomin liikenopeusanturilla 22 voi- E daan mitata nostosylinterin 19 nopeus ja taittopuomin liikenopeusanturilla 23 tait- © tosylinterin 21 nopeus. Liikenopeusanturi voi käsittää esimerkiksi inklinometrin 5 ja/tai gyroskoopin. Edelleen esimerkiksi kuvion 1 suoritusmuodossa voi jalustan N yhteydessä olla liikenopeusanturina magnetostriktiivinen lineaarianturi, jolla saa- N 35 daan tieto kääntökulmasta. Samoin teleskooppijatkeessa voi nopeusanturina olla magnetostriktiivinen lineaarianturi. Kuvion 2 suoritusmuodossa voi jalustan yhteydessä olevaan hammaspyörää pyörittävään moottoriin liittyä kiertokulma- anturi, josta saadaan tieto kääntökulmasta.
Puomistossa 14 on edelleen paineanturit kunkin toimilaitteen yhtey- dessä mittaamassa painetta toimilaitteella.
Selvyyden vuoksi on kuvioissa 1 ja 2 5 havainnollistettu kaavamaisesti ainoastaan nostosylinterin yhteydessä oleva pai- neanturi 24 ja taittosylinterin yhteydessä oleva paineanturi 25, mutta edullisesti siis jokaisen puomiston 14 toimilaitteen yhteydessä on paineanturi.
Paineanturi voidaan sovittaa periaatteessa mihin kohtaan vain painejärjestelmää.
Edullisesti paineanturi kytketään kuitenkin toimilaitteen yhteyteen siihen painetta tuovaan —paineletkuun.
Mitattava paine on painejärjestelmän paineväliaineen paine.
Paine- väliaine on tarkoitukseen soveltuvaa fluidia.
Esimerkiksi hydraulisen toimilaitteen yhteydessä fluidi voi olla hydraulinestettä ja pneumaattisen toimilaitteen yhtey- dessä fluidi voi olla esimerkiksi paineilmaa.
Aikaisemmassa ratkaisussa, kun puomiston 14 kärki on lähellä työko- netta 1 ja puomiston 14 kuormitus on pieni, niin puomiston 14 kärki seuraa oh- jauskäskyjä varsin tarkasti.
Sen sijaan, kun esimerkiksi puomiston 14 kärki on ollut kaukana työkoneesta 1 ja siinä on ollut raskas kuorma, niin puomiston 14 kärjen nopeus ei ole vastannut pyydettyä.
Nyt on havaittu, että jälkimmäisessä tapauk- sessa esimerkiksi nostosylinterillä oleva paine on suurempi kuin ensimmäisessä tapauksessa.
Nyt esitetyssä ratkaisussa painemittauksen perusteella muutetaan nostosylinterin ohjaussignaalin suuruutta eli saman nopeuspyynnön aikaansaa- miseksi suurempi paine havaittaessa nostetaan ohjaussignaalin suuruutta.
Toimilaitteella oleva paine riippuu siis puomiston 14 kärjessä olevasta kuormasta ja sen sijainnista.
Niinpä painemittauksen sijaan voidaan tässä esite- tyssä ratkaisussa käyttää jotain muutakin puomiston kärjessä olevaan kuormaan o ja sen sijaintiin liittyvää suuretta kuin toimilaitteella olevaa painetta.
Tällainen AN suure voidaan määrittää esimerkiksi mittaamalla puomiston 14 kärjessä olevan > kuorman massa vaaka-anturilla ja määrittää sen sijainti tukipisteen suhteen.
Näin = saadaan määritettyä momentti halutun tukipisteen suhteen. © 30 Kuviossa 3 on esitetty kaavio kärkiohjaukseen liittyvästä järjestel- E masta.
Järjestelmään kuuluu ohjausyksikkö C.
Ohjausyksikkö C on edullisesti osa © työkoneen 1 ohjausjärjestelmää, mutta tässä se on esitetty havainnollisuuden 5 vuoksi erillisenä osana.
N Ohjausyksikköön C syötetään ohjauskäskyjä ohjaimella 26. Ohjain 26 N 35 voi käsittää sauvaohjaimia, näppäimistöjä, graafisen käyttöliittymän osoittimia ja/tai niiden yhdistelmiä tai muita vastaavia ohjainelimiä. Ohjausyksikön C yhtey- dessä on vielä näyttö 27 työkoneen 1 toiminnan havainnollistamiseksi. Ohjausyksikköön C syötetään vielä tiedot liikenopeusantureilta 22, 23 ja paineantureilta 24, 25. Toimilaitteita käytetään proportionaaliventtiileillä V1, V2,V3 ja V4. Selvyyden vuoksi on kuviossa 3 esitetty toimilaitteista ainoastaan nos- tosylinteri 18. Sähköinen ohjaus tapahtuu apuohjauselimien C1, C2, C3 ja C4 väli- tyksellä ohjausyksiköstä C. Ohjausyksikkö C muuntaa ohjaimelta 26 tulevan puomiston kärjen oh- jauskäskyn kunkin toimilaitteen ohjauskäskyksi. Ohjausyksikkö C huomioi antu- reilta tulevan tiedon ja antaa apuohjauselimille ohjaussignaaliarvon. Ohjaussig- naali voi käsittää esimerkiksi ohjausvirran tai ohjausjännitteen. Ohjaussignaa- liarvo on tällöin siis esimerkiksi ohjausvirta-arvo (tyypillisesti milliampeereja) tai ohjausjännitearvo (tyypillisesti voltteja). Edelleen ohjaussignaali voi käsittää jon- kin muun venttiilin avaumaan vaikuttavan suureen.
Kuvion 4 mukaisella vuokaaviolla havainnollistetaan erään suoritus- muodon mukaista menetelmää. Lohkossa 28 annetaan puomin kärjelle ohjausko- mento. Lohkossa 29 muunnetaan puomin kärjen ohjauskomento kunkin toimilait- teen ohjauskomennoksi. Kullekin toimilaitteen sylinterille annetaan siis sylinteri- nopeuskomento eli sylinterinopeuspyyntö.
Lohko 30 kuvaa sitä, että muodostetaan ja tallennetaan taulukko, joka kuvaa sylinterinopeuspyynnön, toimilaitteella olevan paineen ja toimilaitteelle syötettävän ohjaussignaalin eli esiohjausventtiilille (kuviossa 3 proportionaali- venttiilit V1-V4) syötettävän ohjaussignaaliarvon keskinäisiä suhteita. Erästä esi- merkkiä tällaisesta taulukosta on havainnollistettu kuviolla 6. Kuvion 6 esimer- kissä ohjaussignaali on ohjausvirta.
o Kuviossa 6 on x-akselilla sylinterinopeuspyyntö v (m/s), y-akselilla toi- AN milaitteella oleva paine p (bar) ja z-akselilla esiohjausventtiilille syötettävä ohjaus- > virta-arvo I (mA). Kuten kuviosta 6 havaitaan, niin on tyypillistä, että ohjausvirta- = arvo I on luonnollisesti sitä suurempi, mitä suurempi on nopeuspyyntö v. Erityi- © 30 sesti on kuitenkin huomattava, että mikäli nopeuspyyntö v ei muutu, mutta paine E p esimerkiksi kasvaa, niin ohjausvirta-arvo I myös kasvaa.
© Lohkossa 31 mitataan paine toimilaitteella. Lohkossa 32 haetaan loh- 5 kossa 30 muodostetusta taulukosta ohjaussignaaliarvo, joka vastaa lohkossa 29 N muodostettua sylinterinopeuspyyntöä ja lohkossa 31 mitattua painetta. Lohkossa N 35 33 syötetään tämä ohjaussignaali esiohjausventtiilille.
Kuvion 5 mukaisella vuokaaviolla havainnollistetaan erään suoritus- muodon mukaista kalibrointia. Lohkossa 34 kytketään kalibrointi päälle. Käyttäjä voi esimerkiksi halutessaan käynnistää kalibroinnin. Käyttäjälle voidaan esimer- kiksi lohkon 36 vertailusta antaa indikaatio, mikäli havaittu ero on liian suuri ja käyttäjä voi reagoida tällaisen indikaation saadessaan. Kalibrointi voidaan käyn- nistää myös automaattisesti vasteena sille, että lohkossa 36 on havaittu liian suuri ero. Kalibrointi voidaan toteuttaa erillisenä työvaiheena tai sitten kalibrointi voi- daan toteuttaa taustalla normaalin työskentelyn aikana.
Lohkossa 35 mitataan toteutunut sylinterinopeus. Lohkossa 36 verra- — taan toteutunutta sylinterinopeutta sylinterinopeuspyyntöön ja mikäli mitatun to- teutuneen nopeuden ja nopeuspyynnön ero ylittää sallitun raja-arvon, niin kalib- roidaan kyseistä taulukkoa kyseisessä toimintapisteessä eli vaihtoehto YES ja tau- lukon päivittäminen lohkossa 37. Mikäli ero ei ylitä sallittua raja-arvoa, niin seura- taan vaihtoehtoa NO ja taulukkoa ei kyseiseltä osin päivitetä - lohko 38.
Lohkosta 37 voi olla takaisinkytkentä kalibroinnin jatkamiselle lohkoon
34. Kalibrointia voidaan myös jatkaa esimerkiksi muissa toimintapisteissä. Kalib- rointia voidaan hyödyntää myös kyseisen taulukon muodostamiseen. Taulukko voi olla esimerkiksi aluksi kaksiulotteinen eli siinä on nopeuspyynnön ja ohjaussignaa- liarvon suhde ainoastaan yhdellä painetasolla. Kalibrointiproseduurilla saadaan — sitten muodostettua kyseiset arvot muilla painetasoilla.
Ohjausyksikössä C oleva tietokoneohjelmatuote käsittää tietokoneella luettavissa olevaa ohjelmakoodia, joka on järjestetty toteuttamaan esitetyn kär- kiohjauksen toiminnot tai toiminnot toteuttavan menetelmän vaiheet, kun ohjel- makoodia suoritetaan prosessorilla. Ohjausyksikkö C käsittää prosessointivälineet tai prosessorin. Ohjausyksikkö C voi käsittää muistia, johon tietoa on kerätty ja tal- o lennettu sekä kerätään ja tallennetaan. Prosessointivälineet voivat olla sovitetut AN suorittamaan ainakin osa tässä selityksessä esitetyistä menetelmävaiheista ja/tai > toiminnoista. Eräässä sovellutusmuodossa prosessointivälineet voivat olla sovite- = tut vastaanottamaan sekä lähettämään tietoa ja käskyjä. Prosessointivälineet voi- © 30 —vatkäsittää esimerkiksi ohjelmoitavan logiikan ja/tai ohjelmoitavan mikroproses- E sorin. Prosessointivälineet voivat muodostaa ohjausyksikön € tai osan siitä.
© Eräs suoritusmuoto käsittää tietokoneohjelman, joka sisältää ohjelma- 5 koodia, jonka suorittaminen tietokoneella saa aikaan jonkin edellä kuvatun suori- N tusmuodon mukaisia toimintoja. Tietokoneohjelma voi olla sisällytettynä tietoko- N 35 neella luettavalle tallennusvälineelle, esimerkiksi pysyvään muistiin.
Eräs suoritusmuoto käsittää tietokoneohjelmatuotteen, joka sisältää erään suoritusmuodon mukaisen tietokoneohjelman suorittamaan jonkin edellä kuvatun suoritusmuodon mukaisia toimintoja. Eräässä suoritusmuodossa laitteisto käsittää prosessointivälineet, jotka on konfiguroitu suorittamaan eräässä suoritusmuodossa kuvattuja toimintoja. Prosessointivälineet voivat toimia tietokoneena ohjelmakoodin suorittamista var- ten. Prosessointivälineet voivat käsittää ainakin yhden prosessorin, muistin ja oh- jelmistoalustan, jotka kykenevät suorittamaan ohjelmakoodia. Suoritusmuotoja voidaan toteuttaa tietokoneprosessina, joka määrite- — tään tietokoneohjelmalla. Tietokoneohjelma voi olla lähdekoodimuodossa, objek- tikoodimuodossa tai niiden välimuodossa, ja tietokoneohjelma voidaan tallentaa tallennusvälineelle, joka voi olla mikä tahansa kappale tai laite, joka voi tallentaa tietokoneohjelman. Esimerkiksi, tietokoneohjelma, voidaan tallentaa tietokoneoh- jelman jakeluvälineelle, jota voidaan lukea tietokoneella tai prosessorilla. Tietoko- neohjelman jakeluväline voi käsittää tallennusvälineen, tietokoneen muistin, luku- muistin (Read-Only Memory, ROM), sähköisen kantoaallon, tietoliikennesignaalin, ja ohjelmistojakelupaketin, esimerkiksi. Eräässä sovellutusmuodossa tietokoneohjelmatuote voi olla tallennet- tuna tietokoneella luettavissa olevalle medialle ja suoritettavissa prosessorilla ja tietokoneohjelmatuote voi käsittää tietokoneella luettavissa olevaa ohjelmakoodia. Tällainen tietokoneohjelmatuote voi olla järjestetty toteuttamaan ainakin osa jon- kin edellä esitetyn menetelmän vaiheista, kun ohjelmakoodia suoritetaan proses- sorilla. Kuvioissa esitetyissä esimerkeissä toimilaitteet ovat hydraulitoimisia, varsinkin kaikki puomiston toimilaitteet (sylinterit). Toimilaitteet voivat halutta- o essa olla myös esimerkiksi pneumaattisia tai sähkökäyttöisiä toimilaitteita. N Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön > perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot = eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella patent- © 30 tivaatimusten puitteissa.
E ~~ 10
N N

Claims (17)

Patenttivaatimukset
1. Menetelmä työkoneen puomiston ohjaamiseksi kärkiohjauksella, jossa menetelmässä annetaan puomiston kärjelle ohjauskomento, muutetaan puomiston kärjen ohjauskomento puomiston yksittäisten toimilaitteiden ohjauskomennoiksi, määritetään puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liit- tyvä suure ja huomioidaan toimilaitteen ohjauskomennossa kyseinen puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, missä puomiston kär- jen ohjauskomennon muuttaminen yksittäisten toimilaitteiden ohjauskomen- noiksi käsittää yksittäisen toimilaitteen nopeuspyynnön muodostamisen ja toimi- laitteen ohjauskomento on toimilaitteen ohjaussignaalin suuruus, jolloin toimilait- teen ohjaussignaalin suuruus riippuu toimilaitteen nopeuspyynnöstä ja kyseisestä puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvästä suureesta.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, missä muodostetaan toimilaitteen ohjaussignaalin suuruuden, toimilaitteen nopeuspyynnön ja puomis- ton kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvän suureen keskinäisistä suh- — teista taulukko ja määritetään toimilaitteen ohjaussignaalin suuruus kyseisestä taulukosta.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, missä määritetään toi- milaitteen nopeuden ja toimilaitteen nopeuspyynnön erolle suurin sallittu raja- arvo, mitataan toimilaitteen nopeus, verrataan toimilaitteen nopeutta toimilait- teen nopeuspyyntöön ja mikäli mitatun nopeuden ja nopeuspyynnön ero ylittää o sallitun raja-arvon, niin kalibroidaan kyseistä taulukkoa. O
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, missä kalibrointi suo- © ritetaan normaalin työskentelyn aikana. n
6. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, missä ohjaus- 9 30 — signaali käsittää ohjausvirran tai ohjausjännitteen. E
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, missä O puomiston toimilaitteet ovat hydraulitoimilaitteita. 3
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, missä O kyseinen puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure on puomiston toimilaitteen paine.
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, missä työkone on metsätyöyksikkö.
10. Ohjausjärjestelmä työkoneen puomiston ohjaamiseksi kärkiohjauk- sella, johon ohjausjärjestelmään kuuluu ohjain (26) puomiston (14) kärjen ohjaamiseksi, anturit puomiston (14) kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liit- tyvän suureen määrittämiseksi ja ohjausyksikkö (C), joka ohjausyksikkö (C) on sovitettu muuttamaan ohjaimen (26) antama puomiston (14) kärjen ohjauskomento puomiston (14) yksittäisten toimilaitteiden ohjauskomennoiksi ja huomioimaan toimilaitteen ohjauskomennossa kyseinen puomiston (14) kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvä suure.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen ohjausjärjestelmä, missä ohjaus- yksikkö (C) on sovitettu muodostamaan yksittäisen toimilaitteen nopeuspyyntö, muodostamaan toimilaitteen ohjauskomennoksi toimilaitteen ohjaussignaalin suuruus ja määrittämään toimilaitteen ohjaussignaalin suuruus riippuvaisena toi- milaitteen nopeuspyynnöstä ja kyseisestä puomiston kärjessä olevaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvästä suureesta.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen ohjausjärjestelmä, missä ohjaus- yksikössä (C) on muodostettuna toimilaitteen ohjaussignaalin suuruuden, toimi- laitteen nopeuspyynnön ja puomiston (14) kärjessä olevaan kuormaan ja sen si- jaintiin liittyvän suureen keskinäisistä suhteista taulukko ja ohjausyksikkö (C) on sovitettu hyödyntämään toimilaitteen ohjaussignaalin suuruuden määrittelyssä kyseistä taulukkoa.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen ohjausjärjestelmä, mihin ohjaus- o järjestelmään kuuluu anturit toimilaitteen nopeuden mittaamiseksi ja ohjausyk- AN sikkö (C) on sovitettu vertaamaan toimilaitteen mitattua nopeutta toimilaitteen > nopeuspyyntöön ja mikäli mitatun nopeuden ja nopeuspyynnön ero ylittää sallitun = raja-arvon, niin ohjausyksikkö on sovitettu kalibroimaan kyseistä taulukkoa. © 30
14. Jonkin patenttivaatimksen 10-13 mukainen ohjausjärjestelmä, E missä ohjaussignaali käsittää ohjausvirran tai ohjausjännitteen. ©
15. Jonkin patenttivaatimuksen 10-14 mukainen ohjausjärjestelmä, mi- E hin ohjausjärjestelmään kuuluu paineanturit (24, 25) puomiston (14) kärjessä ole- N vaan kuormaan ja sen sijaintiin liittyvän suureen määrittämiseksi mittaamalla puo- N 35 miston (14) toimilaitteella oleva paine.
16. Työkone, jossa on kärkiohjauksella varustettu puomisto (14) ja jon- kin patenttivaatimuksen 10-15 mukainen ohjausjärjestelmä.
17. Tietokoneohjelmatuote, joka tietokoneohjelmatuote on tallennet- tuna tietokoneella luettavissa olevalle medialle ja suoritettavissa prosessorilla ja joka tietokoneohjelmatuote käsittää tietokoneella luettavissa olevaa ohjelmakoo- dia, joka on järjestetty toteuttamaan jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukaisen menetelmän mainitut vaiheet, kun ohjelmakoodia suoritetaan prosessorilla.
o
N
O
N
O
I ™
O
I a a ©
NN
LO
LO
O
N
O
N
FI20205576A 2020-06-03 2020-06-03 Työkoneen puomiston ohjaaminen FI20205576A1 (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20205576A FI20205576A1 (fi) 2020-06-03 2020-06-03 Työkoneen puomiston ohjaaminen
EP21817988.5A EP4161249A4 (en) 2020-06-03 2021-06-01 CONTROL OF A WORK MACHINE BOOM
CA3183900A CA3183900A1 (en) 2020-06-03 2021-06-01 Controlling boom of work machine
US18/007,559 US20230213045A1 (en) 2020-06-03 2021-06-01 Controlling boom of work machine
BR112022023847A BR112022023847A2 (pt) 2020-06-03 2021-06-01 Método para controlar uma montagem de lança de uma máquina de trabalho por controle de ponta, sistema de controle e máquina de trabalho
CN202180039505.7A CN115697042A (zh) 2020-06-03 2021-06-01 控制作业机械的悬臂
PCT/FI2021/050401 WO2021245335A1 (en) 2020-06-03 2021-06-01 Controlling boom of work machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20205576A FI20205576A1 (fi) 2020-06-03 2020-06-03 Työkoneen puomiston ohjaaminen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FI20205576A1 true FI20205576A1 (fi) 2021-12-04

Family

ID=78831496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20205576A FI20205576A1 (fi) 2020-06-03 2020-06-03 Työkoneen puomiston ohjaaminen

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230213045A1 (fi)
EP (1) EP4161249A4 (fi)
CN (1) CN115697042A (fi)
BR (1) BR112022023847A2 (fi)
CA (1) CA3183900A1 (fi)
FI (1) FI20205576A1 (fi)
WO (1) WO2021245335A1 (fi)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE545967C2 (sv) * 2021-11-09 2024-03-26 Komatsu Forest Ab Förfarande och system för att styra en parallellkran på en arbetsmaskin

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4306127C2 (de) * 1993-02-27 2002-08-08 Putzmeister Ag Großmanipulator, insbesondere für Autobetonpumpen
FI125724B (fi) * 2012-03-23 2016-01-29 John Deere Forestry Oy Menetelmä työkoneen puomiston ohjaamiseksi puomiston pään etäisyyden mukaan
DE102014105618A1 (de) * 2014-04-22 2015-10-22 Terex Cranes Germany Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Mobilkrans sowie Mobilkran
DE102016106406A1 (de) * 2016-04-07 2017-10-12 Schwing Gmbh Kartesische Steuerung einer Mastspitze eines Großmanipulators

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021245335A1 (en) 2021-12-09
EP4161249A4 (en) 2024-06-19
US20230213045A1 (en) 2023-07-06
EP4161249A1 (en) 2023-04-12
CN115697042A (zh) 2023-02-03
BR112022023847A2 (pt) 2022-12-20
CA3183900A1 (en) 2021-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8560181B2 (en) Method for controlling a movement of a vehicle component
US9822507B2 (en) Work vehicle with enhanced implement position control and bi-directional self-leveling functionality
US20210285187A1 (en) Controller and control system with enhanced orientation detection for mobile hydraulic equipment
EP1300595B1 (en) Electronically controlled hydraulic system for lowering a boom in an emergency
JP4657415B2 (ja) 作業用具の協働制御を行うための装置及びその方法
US9050999B2 (en) System with smart steering force feedback
US6374147B1 (en) Apparatus and method for providing coordinated control of a work implement
WO2009073107A2 (en) Payload system with center of gravity compensation
AU2019468667B2 (en) Fatigue management system
CN114174603A (zh) 动作识别装置
US6618967B2 (en) Work machine control for improving cycle time
CN112943751A (zh) 辅助作业控制方法、装置、电子设备和存储介质
FI20205576A1 (fi) Työkoneen puomiston ohjaaminen
CN108716230B (zh) 工程车辆
CN113460912B (zh) 用于伸缩臂叉装车的模拟器
US11001989B1 (en) Electrical control of a hydraulic system
KR20210123023A (ko) 유압 제어 방법 및 시스템
US20240159017A1 (en) System and method for estimating a weight of a load in a bucket of a work vehicle
US20230349398A1 (en) Systems and methods for dynamic control of work vehicles
CN115151473B (zh) 转向装置以及作业机械
WO2024057961A1 (ja) 作業機械を含むシステム、作業機械のコントローラ、および作業機械の制御方法
KR20170006842A (ko) 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법
CN117677745A (zh) 用于控制工程机械的系统及方法
WO2024132203A1 (en) A method of operating a work vehicle according to a maximum allowable swing speed
JP2024517252A (ja) 作業機械の液圧式のシリンダを動作させるための方法