ARBEITSGERÄT FÜR ERDARBEITEN MIT EINGRENZBAREM ARBEITSBEREICH WORKING MACHINE FOR EARTHWORK WITH A NARROWABLE WORKING AREA
Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät insbesondere für Erdarbeiten.The invention relates to an implement, in particular for earthworks.
Zum Ausheben, Abtragen oder Wiederauffüllen von Erdreich, werden z.B. Bagger, Radlader und sonstige Geräte eingesetzt, die verschiedene Werkzeuge, bspw. Löffel, Fräsen und dgl., tragen und führen können. Die Arbeitsgeräte können als Standgeräte oder mit einem selbstfahrenden Fahrwerk versehen sein. Die Positionierung und Bedienung des Werkzeugs und gegebenenfalls des Arbeitsgerätes er-
folgt meist von einer Bedienungsperson manuell.Excavators, wheel loaders and other devices that can carry and guide various tools, such as spoons, milling machines and the like, are used to excavate, remove or refill soil. The implements can be provided as stand-alone units or with a self-propelled undercarriage. The positioning and operation of the tool and, if necessary, the implement usually follows manually by an operator.
Die Bedienungsperson kann anhand ihrer Erfahrung unterschiedliche Arbeitsvorgänge koordinieren. Soll bspw. mit einem Bagger ein Graben ausgehoben werden, wird das Erdreich so weit abgetragen, bis die gewünschte Grabentiefe erreicht ist.Based on their experience, the operator can coordinate different work processes. If, for example, a trench is to be dug with an excavator, the soil is removed until the desired trench depth is reached.
Sollen im Graben Rohre verlegt werden, kommt es auf die Einhaltung einer geforderten Grabentiefe an. Dies auch dann wenn der Bagger verfahren wird oder das Geländeprofil nicht eben ist. Das Ausheben vorgegebener Sohlen oder Profile erfordert Übung. Werden Vorgaben nicht genau genug erreicht, kann Nacharbeit erforderlich werden.If pipes are to be laid in the trench, it is important to maintain a required trench depth. This even if the excavator is moved or the terrain profile is not level. Digging out predetermined soles or profiles requires practice. If specifications are not achieved precisely enough, reworking may be necessary.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Arbeitsgerät so auszugestalten, dass dessen Bedienung erleichtert wird. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, das ein präzises Arbeiten gestattet.Based on this, it is the object of the invention to design a working device in such a way that its operation is facilitated. It is also an object of the invention to provide a corresponding method which allows precise work.
Diese miteinander in Beziehung stehenden Aufgaben werden durch das Arbeitsgerät nach Anspruch 1 bzw. das Verfahren nach Anspruch 17 und/oder 18 gelöst.These interrelated tasks are solved by the implement according to claim 1 or the method according to claim 17 and / or 18.
Das erfindungsgemäße Arbeitsgerät weist ein Trägergerät mit einem Ausleger auf, an dem ein Arbeitswerkzeug gelagert ist. Das Arbeitswerkzeug und/oder der Ausleger können mit einer Betätigungseinrichtung gezielt bewegt werden. Zur Steuerung der Bewegung sind ein oder mehrere Bedienorgane für die Bedienungsperson vorgesehen, die entsprechende Ansteuersignale an die Betätigungseinrichtung geben. Eine Sensoreinrichtung erfasst die Bewegung bzw.
die Position des Arbeitswerkzeugs und liefert Signale, die dessen Position kennzeichnen. Es ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die anhand der von der Sensoreinrichtung gelieferten Positionssignale sowie der Ansteuersignale von der Bedieneinrichtung die Position des Arbeitswerkzeugs überwacht. Bei Annäherung des Arbeitswerkzeugs an eine festlegbare Grenzkurve (Sohle, Horizont oder Profil) verändert die Steuereinrichtung die Ansteuersignale derart, dass die Annäherung gehemmt und ein Überschreiten der Grenzkurve verhindert oder zumindest begrenzt wird. Die Veränderung der Ansteuersignale kann sowohl die Erzeugung zusätzlicher Signale, die Minderung vorhandener Signale als auch die Erhöhung einzelner Signale beinhalten.The working device according to the invention has a carrier device with a boom on which a working tool is mounted. The work tool and / or the boom can be moved in a targeted manner with an actuating device. To control the movement, one or more operating elements are provided for the operator, which give corresponding control signals to the actuating device. A sensor device detects the movement or the position of the work tool and provides signals that indicate its position. A control device is provided which monitors the position of the working tool on the basis of the position signals supplied by the sensor device and the control signals from the operating device. When the work tool approaches a definable limit curve (sole, horizon or profile), the control device changes the control signals in such a way that the approach is inhibited and an exceeding of the limit curve is prevented or at least limited. The change in the control signals can include the generation of additional signals, the reduction of existing signals and the increase in individual signals.
Das Arbeitsgerät eignet sich insbesondere zur Durchführung von Erdarbeiten. Soll bspw. ein Graben bestimmter Tiefe geöffnet werden, um darin Leitungen oder Rohre zu verlegen, oder ein Erdaushub für ein Gebäude vorgenommen werden, kann bspw. die gewünschte Tiefe als Grenzkurve festgelegt werden. Die Bedienungsperson kann das Arbeitsgerät und das Arbeitswerkzeug in der gewohnten Weise bedienen. Sie wird in ihrem Arbeitsablauf nicht behindert. Die Steuerung greift nur bei drohendem Überschreiten der Grenzkurve ein und verhindert dann eine unzulässige Operation. Die Gefahr einer Fehlbedienung als Folge bspw. einer ünkonzentriertheit ist damit gesenkt.The implement is particularly suitable for carrying out earthworks. If, for example, a trench of a certain depth is to be opened in order to lay lines or pipes in it, or if excavation is to be carried out for a building, the desired depth can be defined as a limit curve, for example. The operator can operate the implement and the working tool in the usual way. She is not hindered in her workflow. The control only intervenes when the limit curve is threatened and then prevents an illegal operation. The risk of incorrect operation as a result, for example, of a lack of concentration is thus reduced.
Arbeitsgeräte sind insbesondere Bagger oder Radlader aber auch andere Geräte. Die Steuereinrichtung kann zusätzlich zu Bewegungen des Arbeitswerkzeugs die Bewegungen des Geräts erfassen, um sie bei der Korrektur der manuell veranlassten Arbeitsbewegung zu berücksichtigen.
Der Ausleger kann bspw. schwenkbar an dem Trägergerät gelagert sein, um ein Anheben und Absenken des Arbeitswerkzeugs zu ermöglichen. Die Stellung des Auslegers kann mit der Sensoreinrichtung erfasst und eine Information darüber der Steuereinrichtung übermittelt werden.Working tools are in particular excavators or wheel loaders but also other devices. In addition to movements of the work tool, the control device can record the movements of the device in order to take them into account when correcting the manually initiated work movement. The boom can be pivotally mounted on the carrier device, for example, in order to enable the work tool to be raised and lowered. The position of the boom can be detected with the sensor device and information about it can be transmitted to the control device.
Der Ausleger kann mehrere Auslegerarme oder Segmente aufweisen, die mit der Betätigungseinrichtung in Bezug auf einander verschwenkt oder verfahren werden können. Die Sensoreinrichtung kann dann vorzugsweise die Lage, die effektive Länge und dgl. eines jeden Auslegersegments erfassen und der Steuereinrichtung die entsprechenden Signale übergeben, die daraus die Relativposition des Arbeitswerkzeugs zu dem Fahrzeug bestimmt.The boom can have a plurality of boom arms or segments which can be pivoted or moved with respect to one another with the actuating device. The sensor device can then preferably detect the position, the effective length and the like of each boom segment and transmit the corresponding signals to the control device, which signals the relative position of the work tool from the vehicle.
Zum Ausfahren oder Schwenken des Auslegers oder der Auslegersegmente ist eine Betätigungseinrichtung mit Antrieben und Kraftübertragungseinrichtungen vorgesehen. Vorteilhafterweise ist einem jeden Auslegersegment ein Antrieb zugeordnet. Dieser kann durch eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit gebildet sein, die bspw. über Ser- vosteuerventile angesteuert werden kann.An actuating device with drives and power transmission devices is provided for extending or swiveling the boom or the boom segments. A drive is advantageously assigned to each boom segment. This can be formed by a hydraulic piston-cylinder unit which can be controlled, for example, by means of servo control valves.
Zur Durchführung von Erdarbeiten werden meist Schaufeln, Fräsen oder kombinierte Fräsbaggerlöffel verwendet. Das Arbeitswerkzeug kann jedoch beliebig ausgeführt sein. Bei einer Ausführungsform können Informationen über die Größe des Arbeitswerkzeugs von der Steuereinrichtung mit berücksichtigt werden. Wenn das Arbeitswerkzeug bspw. schwenkbar an dem Ausleger gelagert ist, können ein oder mehrere Sensoren, bspw. 'Winkelstellungssensoren, Informationen über die Schwenklage an die Steuereinrichtung liefern.
I.A. verändert die Steuerungseinrichtung die von den Bedienorganen generierten Ansteuersignale nicht und überwacht lediglich dauerhaft den Arbeitsablauf. Dies hat den Vorteil, dass die Bedienperson in ihrer Arbeit nicht unnötig beeinträchtigt wird und wie gewohnt mit dem Arbeitsgerät umgehen kann. Die Steuereinrichtung greift jedoch steuernd ein, wenn sich das Arbeitswerkzeug unzulässig an eine vorgegebene Grenzkurve annähert. Hierbei wird vorzugsweise die Größe und Lage, bspw. die Kipplage, des Arbeitswerkzeugs mit berücksichtigt. Es kann vorzugsweise ein Toleranzbereich festgelegt werden, innerhalb dessen die Steuerung der Bewegung des Arbeitswerkzeugs von der Steuereinrichtung übernommen wird. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung erlaubt enge Toleranzgrenzen, die im Bereich weniger Zentimeter liegen. Bedarfsweise können außer Positionssignalen auch Geschwindigkeitssignale berücksichtigt werden, um bei schneller Annäherung an die Grenzkurve früher eingreifen zu können.Shovels, milling machines or combined excavator buckets are usually used to carry out earthworks. However, the work tool can be of any design. In one embodiment, information about the size of the work tool can also be taken into account by the control device. If the working tool, for example. Is pivotably mounted on the boom, one or more sensors, for example. ', Provide information on the pivoted position to the controller the angular position sensors. IA, the control device does not change the control signals generated by the operating elements and merely monitors the workflow permanently. This has the advantage that the operator is not unnecessarily impaired in his work and can handle the implement as usual. However, the control device intervenes in a controlling manner if the work tool approaches an impermissible limit curve in an impermissible manner. The size and position, for example the tilting position, of the working tool is preferably taken into account here. A tolerance range can preferably be defined, within which the control of the movement of the work tool is taken over by the control device. The control device according to the invention allows narrow tolerance limits which are in the range of a few centimeters. If necessary, speed signals can also be taken into account in addition to position signals in order to be able to intervene earlier if the limit curve is approached quickly.
Übernimmt die Steuereinrichtung die Kontrolle, generiert sie neue Ansteuersignale, die Vorrang vor den An- steuersignalen der Bedienorgane haben, oder wandelt die Signale der Bedienorgane ab. Letztere werden nicht oder nur verändert weiter zur Betätigungseinrichtung geleitet. Sie werden jedoch vorzugsweise bei der Bestimmung der neuen Ansteuersignale verwendet. Praktisch kann es schon genügen, ein einziges Signal zu beeinflussen. Bspw. kann bei einem Löffelbagger die Arbeitstiefe wirksam begrenzt werden, wenn bedarfsweise das erste, unmittelbar am Fahrzeug gelagerte Segment angehoben wird. Es kann bspw. bewirkt werden, dass das Arbeitswerkzeug gemäß der von der Bedienungsperson gewünschten Bewegung entlang der Grenzkurve geführt wird, ohne diese zumindest wesentlich zu
überschreiten. Nur die senkrecht zur Grenzkurve gerichtete Bewegungskomponente wird gehemmt. Die Bedienungsperson kann folglich trotz der Steuerwirkung der Steuereinrichtung weiterhin das Arbeitswerkzeug bedienen und bspw. eine Korrektur der Bewegungsbahn vornehmen. Wird das Arbeitswerkzeug ausreichend von der Grenzkurve entfernt, gibt die Steuereinrichtung die Kontrolle vollständig an die Bedienorgane und somit an die Bedienungsperson zurück, indem sie deren Ansteuersignale unverfälscht zur Betätigungseinrichtung weiterleitet.If the control device takes control, it generates new control signals that take precedence over the control signals of the control elements, or modifies the signals of the control elements. The latter are not passed on to the actuating device, or only in a changed manner. However, they are preferably used in the determination of the new control signals. In practice, it can be enough to influence a single signal. For example. For a backhoe, the working depth can be effectively limited if the first segment mounted directly on the vehicle is raised if necessary. For example, it can be brought about that the work tool is guided along the limit curve in accordance with the movement desired by the operator, without at least substantially closing it exceed. Only the movement component directed perpendicular to the limit curve is inhibited. In spite of the control effect of the control device, the operator can consequently continue to operate the work tool and, for example, make a correction to the movement path. If the working tool is sufficiently removed from the limit curve, the control device returns control completely to the operating elements and thus to the operator by forwarding their control signals to the actuating device in an unadulterated manner.
Die Steuerungseinrichtung kann bedarfsweise abgeschaltet werden. Dies kann bei bestimmten Aufgaben, bspw. zur Verdichtung des Untergrunds, sinnvoll sein.The control device can be switched off if necessary. This can be useful for certain tasks, e.g. for compacting the subsurface.
Als Grenzkurve wird eine Gerade oder Ebene festgelegt, die vorzugsweise waagrecht angeordnet ist. Eine solche Grenzkurve ist durch Vorgabe eines einzigen Punktes oder Grenzwertes festlegbar. Die Grenzkurve kann auch geneigt verlaufen sowie Stufen oder andere, komplexere Formen aufweisen und bedarfsweise einprogrammierbar sein.A straight line or plane is defined as the limit curve, which is preferably arranged horizontally. Such a limit curve can be determined by specifying a single point or limit value. The limit curve can also be inclined and have steps or other, more complex shapes and can be programmed if necessary.
Es kann ein Referenzniveau, bspw. das Bodenniveau, auf dem das Arbeitsgerät aufgestellt ist, vorgegeben und der Grenzwert in Bezug auf dieses Niveau bestimmt werden. Soll das Arbeitsgerät bei der Arbeitsdurchführung erfahren werden, kann ein Nivellierungssystem, bspw. ein Laserreferenzsystem, vorgesehen sein. Somit können Veränderungen der Lage des Arbeitsgerätes von der Steuereinrichtung bei der Bestimmung der Bewegungsbahn des Arbeitswerkzeugs mit ausgewertet werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Grenzkurve dadurch festgelegt, dass mit dem Arbeitswerkzeug eine Stelle (Referenzpunkt)
angetastet wird, die als Referenzpunkt oder Grenzwert dienen soll. Solange das Arbeitsgerät am Ort bleibt, gilt die Einstellung. Wird es verfahren, kann es durch erneutes Antasten des Referenzpunkts wieder auf die Grenzkurve eingestellt werden. Der Referenzpunkt muss nicht auf der Grenzkurve liegen.A reference level, for example the floor level at which the implement is installed, can be specified and the limit value can be determined in relation to this level. If the working device is to be experienced when carrying out the work, a leveling system, for example a laser reference system, can be provided. Changes in the position of the implement can thus also be evaluated by the control device when determining the path of movement of the implement. In a particularly advantageous embodiment, the limit curve is determined by using the work tool to place a point (reference point) is touched, which should serve as a reference point or limit. As long as the implement remains in place, the setting applies. If it is moved, it can be reset to the limit curve by touching the reference point again. The reference point does not have to lie on the limit curve.
Der Grenzwert oder die Grenzkurve können vorzugsweise beliebig oft neu abgeglichen und abgespeichert werden. Hierzu sind geeignete Speichermittel vorhanden. Es kann auch eine Eingabevorrichtung vorgesehen sein, um den Grenzwert sowie evtl. weitere Parameter, wie die Steigung der Grenzkurve, den Toleranzbereich etc., festlegen zu können.The limit value or the limit curve can preferably be readjusted and stored as often as desired. Suitable storage means are available for this. An input device can also be provided in order to be able to determine the limit value and possibly further parameters such as the slope of the limit curve, the tolerance range, etc.
Die Steuereinrichtung kann eine integrierte Schaltung sowie einen Prozessor aufweisen, auf dem ein Programm zur Durchführung der notwendigen Rechenoperationen ablaufen kann. Das Programm kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst und abgespeichert werden.The control device can have an integrated circuit and a processor on which a program for executing the necessary arithmetic operations can run. The program can be adapted to the respective requirements and saved.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus ünteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung.Further advantageous details of embodiments of the invention result from the dependent claims, the drawing and the associated description.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the object of the invention is shown. Show it:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät, mit einer Darstellung der Steuereinrichtung und der Steuerwege, in einer vereinfachten und schematisierten Ansicht,1 is a working device according to the invention, with a representation of the control device and the control paths, in a simplified and schematic view,
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild, das die
Steuerung des Arbeitswerkzeugs des Arbeitsgerätes aus Fig. 1 verdeutlicht, undFig. 2 is a simplified block diagram showing the Control of the work tool of the implement illustrated in FIG. 1, and
Fig. 3 einen Ausschnitt des Arbeitsgerätes aus Fig. 1 mit einer Bewegungsbahn des Arbeitswerkzeugs zur Veranschaulichung der Steuerwirkung der Steuereinrichtung, in einer schematisierten Darstellung.
3 shows a detail of the working device from FIG. 1 with a movement path of the working tool to illustrate the control effect of the control device, in a schematic representation.
In Fig. 1 ist in einer vereinfachten Darstellung ein Arbeitgerät 1 veranschaulicht, das im vorliegenden Beispiel zum Ausheben und Abtragen von Erdreich dient und ein Trägergerät 2, einen Ausleger 3 sowie ein Arbeitswerkzeug 4 aufweist, das hier in Form einer Schaufel 5 ausgeführt ist.1 shows a simplified illustration of a working device 1, which in the present example serves for excavating and removing soil and has a carrier device 2, a boom 3 and a working tool 4, which is designed here in the form of a shovel 5.
Das Trägergerät 2 weist vorzugsweise ein unteres Fahrwerk 6, das eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Arbeitsgerätes 1 erlaubt, sowie einen oberen Aufbau 7 auf, der auf dem Fahrwerk verschwenkbar angeordnet sein kann.The carrier device 2 preferably has a lower undercarriage 6, which allows the working implement 1 to move forwards and backwards, and an upper structure 7, which can be pivotably arranged on the undercarriage.
Der Ausleger 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet und mit einem Auslegersegment 8a an dem Aufbau 7 in vertikaler Ebene schwenkbar angelenkt. Die einzelnen Auslegersegmente 8a, 8b, 8c sind über Gelenke zu einer Kette miteinander verbunden und relativ zueinander verschwenkbar. Für die Durchführung dieser Schwenkbewegungen ist eine Betätigungseinrichtung 9 vorgesehen. Bspw. kann an jedem Auslegersegment 8a, 8b, 8c ein Antrieb 9a, 9b, 9c, z.B. eine hydraulische Kolben- Zylinder-Einheit, vorgesehen sein, mit dem die relativen Winkelstellungen 10a, 10b, 10c der Auslegersegmente 8a, 8b, 8c variiert werden können. Es können auch hier nicht weiter veranschaulichte Steuerventile vorgesehen sein, die je nach Bedienung mehr oder weniger öffnen oder schließen und so die Hydrozylinderkolben aus- und einfahren, wodurch die VerSchwenkung der Auslegersegmente bewirkt wird. Auf jeden Fall kann das Arbeitswerkzeug 4 durch Verschwenkung der Auslegersegmente 8a, 8b, 8c innerhalb gewisser Grenzen angehoben, gesenkt sowie vorwärts und rückwärts bewegt werden.
Das Arbeitswerkzeug 4 ist mit dem äußersten Auslegersegment 8c verbunden. Es kann mit diesem starr verbunden sein oder, wie in Fig. 1 gezeigt, verschwenkbar oder kippbar an diesem gelagert sein. Zum Kippen des Arbeitswerkzeugs 4 ist in der Betätigungseinrichtung 9 ein zusätzlicher Antrieb 9d vorgesehen. Die Lage des Arbeitswerkzeugs 4 ist durch seinen Kippwinkel lOd eindeutig festgelegt.The boom 3 is formed in several parts in the present exemplary embodiment and is pivotably articulated on the structure 7 in the vertical plane with a boom segment 8a. The individual boom segments 8a, 8b, 8c are connected to one another via joints to form a chain and can be pivoted relative to one another. An actuating device 9 is provided for carrying out these pivoting movements. For example. For each boom segment 8a, 8b, 8c, a drive 9a, 9b, 9c, for example a hydraulic piston-cylinder unit, can be provided, with which the relative angular positions 10a, 10b, 10c of the boom segments 8a, 8b, 8c can be varied. Control valves, which are not further illustrated, can also be provided here, which open or close more or less depending on the operation and thus extend and retract the hydraulic cylinder pistons, thereby causing the boom segments to pivot. In any case, the work tool 4 can be raised, lowered and moved forwards and backwards within certain limits by pivoting the boom segments 8a, 8b, 8c. The work tool 4 is connected to the outermost boom segment 8c. It can be rigidly connected to it or, as shown in FIG. 1, it can be pivoted or tilted on it. An additional drive 9d is provided in the actuating device 9 for tilting the working tool 4. The position of the working tool 4 is clearly defined by its tilt angle lOd.
Zum Verfahren des Fahrwerks 6, zum Verschwenken des Aufbaus 7 sowie zum Steuern der Arbeitsbewegung der Auslegersegmente 8a, 8b, 8c und des Arbeitswerkzeugs 4 ist ein Bedienorgan 11 vorgesehen, das in Fig. 1 nur schematisch dargestellt wurde. Im allgemeinen ist das Bedienorgan 11 bspw. in Form von Hebeln und Pedalen in dem Trägergerät 2 integriert, die bspw. manuell betätigt werden können. Es liefert u.a. Ansteuersignale an die Antriebe 9a, 9b, 9c und 9d, um das Arbeitswerkzeug 4 in verschieden Arbeitslagen zu verfahren. Dadurch werden die relativen Winkel 10a, 10b, 10c der Auslegersegmente 8a, 8b, 8c und der Kippwinkel lOd des Arbeitswerkzeugs 4 verändert. Es ist eine Sensoreinrichtung 12 vorgesehen, die im vorliegenden Fall aus den Winkelstellungssensoren 12a, 12b, 12c und 12d besteht und mit der die relativen Winkel 10a, 10b, 10c und lOd erfasst werden können.. Zur Erfassung der Stellung der Auslegersegmente 8a, 8b, 8c und des Arbeitswerkzeugs 4 und für die Steuerung können aber auch Linearsensoren verwendet werden, mit denen bspw. der Hub der Kolbenstangen der Kolben-Zylinder-Einheiten gemessen wird.For moving the undercarriage 6, for pivoting the body 7 and for controlling the working movement of the boom segments 8a, 8b, 8c and the working tool 4, an operating element 11 is provided, which was only shown schematically in FIG. 1. In general, the control element 11 is integrated in the carrier device 2, for example in the form of levers and pedals, which can be operated manually, for example. Among other things, it supplies control signals to the drives 9a, 9b, 9c and 9d in order to move the working tool 4 in different working positions. As a result, the relative angles 10a, 10b, 10c of the boom segments 8a, 8b, 8c and the tilt angle 10d of the working tool 4 are changed. A sensor device 12 is provided, which in the present case consists of the angular position sensors 12a, 12b, 12c and 12d and with which the relative angles 10a, 10b, 10c and 10d can be detected. , To detect the position of the boom segments 8a, 8b, 8c and the working tool 4 and for the control, linear sensors can also be used, for example, with which the stroke of the piston rods of the piston-cylinder units is measured.
Das Arbeitsgerät 1 weist zudem eine Steuereinrichtung 13 auf, die ebenfalls zur Ansteuerung der Auslegersegmente 8a, 8b, 8c sowie des Arbeitswerkzeugs 4 dient. Sie empfängt Signale, die den Stellungen der Auslegersegmente 8a,
8b, 8c und des Arbeitswerkzeugs 4 entsprechen, von der Sensoreinrichtung 12, insbesondere von den Winkelstellungssensoren 12a, 12b, 12c und 12d (gestrichelte Linien in Fig. 1) sowie das von dem Bedienorgan 11 gelieferte Ansteuersignal. Darüber hinaus erhält die Steuereinrichtung 13 Informationen über den Verlauf einer Grenzkurve 14, die bspw. die maximale Tiefe und den Verlauf des auszuhebenden Grabens festlegt.The implement 1 also has a control device 13, which also serves to control the boom segments 8a, 8b, 8c and the implement 4. It receives signals that correspond to the positions of the boom segments 8a, 8b, 8c and the working tool 4 correspond, from the sensor device 12, in particular from the angular position sensors 12a, 12b, 12c and 12d (dashed lines in FIG. 1) and the control signal supplied by the operating element 11. In addition, the control device 13 receives information about the course of a limit curve 14, which, for example, defines the maximum depth and the course of the trench to be excavated.
Es sind beliebige Grenzkurven 14 festlegbar. Die Steuereinrichtung 13 umfasst vorzugsweise hier nicht weiter veranschaulichte Mittel zur Eingabe und Abspeicherung der Grenzkurve 14. Diese kann in Bezug auf ein Referenzniveau, bspw. das Bodenreferenzniveau 15 oder ein durch ein Laserführungssystem festgelegtes Niveau, vorgegeben werden.Any limit curves 14 can be defined. The control device 13 preferably includes means for entering and storing the limit curve 14, which are not illustrated further here. This can be specified with reference to a reference level, for example the ground reference level 15 or a level defined by a laser guidance system.
Das erfindungsgemäße Arbeitsgerät 1 arbeitet, wie auch aus dem Blockschaltbild in Fig. 2 ersichtlich, folgendermaßen:The implement 1 according to the invention operates as follows, as can also be seen from the block diagram in FIG. 2:
Mit dem Arbeitsgerät 1 soll bspw. ein Graben bestimmter Tiefe geöffnet werden. Die Bedienungsperson des Arbeitsgeräts 1 tastet mit dem Arbeitswerkzeug 4, bspw. an einem bereits geöffneten Abschnitt, einen Referenzpunkt an, der die gewünschte Tiefe hat und die Grenzkurve vorgibt. Der Referenzpunkt kann eine Stelle 16 auf der Oberseite eines bereits verlegten Rohres sein, der jederzeit, z.B. nach Verfahren des Arbeitsgerätes, unabhängig von des Aufstandsfläche schnell und exakt neu abgeglichen werden kann. Der Wert wird vorzugsweise per Tastendruck zwischen- gespeichert . Außerdem wird ein Offset-Wert eingegeben (oder anderweitig berücksichtigt) der den Vertikalabstand
zwischen Rohroberkante und Grabensohle repräsentiert. Erforderlichenfalls gibt die Bedienperson mittels einer Benutzereingabe noch zusätzliche Parameter zur Festlegung der Grenzkurve ein.With the implement 1, for example, a trench of a certain depth is to be opened. The operator of the working device 1 probes with the working tool 4, for example at an already opened section, a reference point which has the desired depth and specifies the limit curve. The reference point can be a point 16 on the top of an already installed pipe, which can be readjusted quickly and exactly at any time, for example by moving the implement, regardless of the contact area. The value is preferably stored temporarily by pressing a key. In addition, an offset value is entered (or otherwise taken into account) that is the vertical distance represented between the upper edge of the pipe and the bottom of the trench. If necessary, the operator enters additional parameters for defining the limit curve by means of a user input.
Danach steuert die Bedienungsperson mit Hilfe des Bedienorgans 11 das Arbeitswerkzeug 4 in entsprechender Weise an, um damit zu graben. Dabei liefert das Bedienorgan 11 die erforderlichen Ansteuersignale zu der Betätigungseinrichtung 9, die folglich das Arbeitswerkzeug 4 sowie die Auslegersegmente 8a, 8b, 8c gegeneinander verschwenkt. Dadurch verändern sich deren relative Winkelstellungen 10a bis lOd, die mit der Sensoreinrichtung 12 erfasst und in Form von geeigneten, vorzugsweise elektrischen Signalen an die Steuereinrichtung 13 gesendet werden. Aus diesen Signalen kann die Steuereinrichtung 13, wenn sie zugeschaltet ist, die momentane Position des Arbeitswerkzeugs 4 bestimmen. Vorzugsweise berücksichtigt sie auch dabei die Kipplage und die Art und Ausmaße des Arbeitswerkzeugs 4. Sie vergleicht dessen Position mit der Grenzkurve 14 und greift, solange der Abstand von der Grenzkurve ausreichend ist, bspw. außerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereiches 17 liegt, nicht in den Arbeitsablauf ein.Then the operator controls the work tool 4 in an appropriate manner with the aid of the operating member 11 in order to dig with it. The control element 11 supplies the necessary control signals to the actuating device 9, which consequently pivots the working tool 4 and the boom segments 8a, 8b, 8c against one another. This changes their relative angular positions 10a to 10d, which are detected by the sensor device 12 and sent to the control device 13 in the form of suitable, preferably electrical signals. From these signals, the control device 13, when switched on, can determine the current position of the work tool 4. It also preferably takes into account the tilting position and the type and dimensions of the working tool 4. It compares its position with the limit curve 14 and does not intervene in the workflow as long as the distance from the limit curve is sufficient, for example outside a predeterminable tolerance range 17 ,
Die Wirkung der Steuereinrichtung 13 setzt automatisch ein, wenn der Toleranzbereich 17 unterschritten, das Arbeitswerkzeug 4 also unzulässig in die Nähe der Grenzkurve 14 verfahren wird. Dann schaltet die Steuereinrichtung 13 zumindest für den Antrieb 9a auf Vorrang und dieses in geeigneterweise an. I.A. genügt es, das unmittelbar am Trägergerät 2 gelagerte Auslegersegment 8a anzuheben, um ein Unterschreiten der Grenzkurve 14 zu verhindern.
Erforderlichenfalls werden auch die Antriebe 9b, 9c und 9d mit geeigneten Ansteuersignalen versorgt. Die Steuereinrichtung 13 kann im einfachsten Fall die Bewegung des Arbeitswerkzeugs 4 hemmen und dieses zum Stillstand bringen. Vorzugsweise filtert sie jedoch die Ansteuersignale des Bedienorgans 11, um die Bedienungsperson möglichst wenig zu behindern und die von ihr gewünschte, aber unzulässige Arbeitsbewegung des Arbeitswerkzeugs 4 in eine zulässige umzuwandeln.The effect of the control device 13 begins automatically when the tolerance range 17 is undershot, ie the work tool 4 is moved inadmissibly into the vicinity of the limit curve 14. Then the control device 13 switches at least to priority for the drive 9a and switches it on in a suitable manner. IA, it is sufficient to raise the boom segment 8a mounted directly on the carrier device 2 in order to prevent the curve 14 from falling below. If necessary, the drives 9b, 9c and 9d are also supplied with suitable control signals. In the simplest case, the control device 13 can inhibit the movement of the working tool 4 and bring it to a standstill. However, it preferably filters the control signals of the operating member 11 in order to hinder the operator as little as possible and to convert the desired but inadmissible working movement of the working tool 4 into a permissible one.
In Fig. 3 ist eine solche von der Bedienungsperson gewollte Bahnkurve 18 des Arbeitsgerätes 4 gezeigt, die die die Grenzkurve 14 überschreiten würde. Die Steuereinrichtung 13 hemmt jedoch zunehmend die senkrecht zu der Grenzkurve 14 gerichtete Bewegungskomponente durch entsprechende Ansteuerung des Antriebs 9a oder der Antriebe 9a, 9b, 9c sowie evtl. 9d und verursacht letztendlich, dass das Arbeitswerkzeug 4 entlang der Grenzkurve 14 bewegt wird. Die neue Bahnkurve 19 kann ungefähr als senkrechte Projektion der ursprünglich gewollten Bahnkurve 18 auf die Grenzkurve 14 angesehen werden. Im eingeschwungenen Zustand ist die Abweichung zur Grenzkurve 14 nur gering. Sie beträgt vorzugsweise nur wenige Zentimeter, vorzugsweise 1 cm. Dies ermöglicht ein genaueres Positionieren des Werkzeugs in unmittelbarer Nähe der Grenzkurve 14 sowie die Durchführung präziser Arbeiten.FIG. 3 shows such a trajectory 18 of the implement 4 that the operator wanted, which would exceed the limit curve 14. However, the control device 13 increasingly inhibits the movement component directed perpendicular to the limit curve 14 by correspondingly controlling the drive 9a or the drives 9a, 9b, 9c and possibly 9d and ultimately causes the working tool 4 to be moved along the limit curve 14. The new trajectory 19 can be viewed approximately as a vertical projection of the originally intended trajectory 18 onto the limit curve 14. In the steady state, the deviation from the limit curve 14 is only slight. It is preferably only a few centimeters, preferably 1 cm. This enables a more precise positioning of the tool in the immediate vicinity of the limit curve 14 and the execution of precise work.
Die Bedienungsperson kann das Arbeitsgerät 1 in der ihr vertrauten Weise bedienen und merkt i.A. überhaupt nichts von dem Vorhandensein der Steuereinrichtung 13. Diese greift in den Arbeitsablauf nur ein, wenn die Gefahr einer Grenzkurvenüberschreitung vorliegt. Darum braucht sich die Bedienungsperson nun nicht mehr zu kümmern. Sie
wird hier von der Steuereinrichtung 13 unterstützt und entlastet. Dadurch können die Arbeiten erheblich einfacher und schneller erledigt werden.The operator can operate the implement 1 in the manner he is familiar with and generally does not notice anything at all of the presence of the control device 13. This only intervenes in the workflow if there is a risk of a limit curve being exceeded. The operator no longer has to worry about this. she is supported and relieved by the control device 13 here. As a result, the work can be done much easier and faster.
Zur Bestimmung der notwendigen Ansteuersignale für die Betätigungseinrichtung 9 kann ein leistungsfähiger Prozessor mit einem geeigneten Ablaufprogramm vorgesehen sein, das die notwendigen Algorithmen und Rechenoperationen durchführt. Das Ablaufprogramm kann jederzeit erweitert, bspw. an spezielle Bedürfnisse angepasst werden.In order to determine the necessary control signals for the actuating device 9, a powerful processor with a suitable sequence program can be provided, which executes the necessary algorithms and arithmetic operations. The sequence program can be expanded at any time, e.g. adapted to special needs.
Ein insbesondere zur Durchführung von Erdarbeiten vorgesehenes Arbeitsgerät 1 weist ein Trägergerät 2, an dem ein Ausleger 3 gelagert ist, ein Arbeitswerkzeug 4, das mit dem Ausleger 3 verbunden ist und zur Verrichtung einer Arbeit dient, eine Betätigungseinrichtung 9 zur gezielten Bewegung des Arbeitswerkzeugs 4, mindestens ein Bedienorgan 11 für die Bedienungsperson des Arbeitsgerätes 1, das Ansteuersignale zur Steuerung der Position und der Arbeit des Arbeitswerkzeugs 4 an die Betätigungseinrichtung 9 liefert, und eine Sensoreinrichtung 12, die Signale liefert, die der Position des Arbeitswerkzeugs 4 entsprechen.A working device 1 provided in particular for carrying out earthworks has a carrier device 2, on which a boom 3 is mounted, a working tool 4, which is connected to the boom 3 and is used for performing work, an actuating device 9 for the targeted movement of the working tool 4 at least one control element 11 for the operator of the working device 1, which supplies control signals for controlling the position and work of the working tool 4 to the actuating device 9, and a sensor device 12, which supplies signals which correspond to the position of the working tool 4.
Es ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, die anhand der von der Sensoreinrichtung 12 gelieferten Signale die Position des Arbeitswerkzeugs 4 erfasst und die die Ansteuersignale an die Betätigungseinrichtung 9 überprüft. Bedarfsweise ändert sie diese derart ab, dass eine Annäherung an eine festlegbäre Grenzkurve 14 gehemmt und/oder verhindert wird.
A control device 13 is provided which detects the position of the work tool 4 on the basis of the signals supplied by the sensor device 12 and which checks the control signals to the actuating device 9. If necessary, it changes this in such a way that an approach to a definable limit curve 14 is inhibited and / or prevented.