DE102007050702A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine, die ein Basisbauteil, ein bewegliches Bauteil und eine Einrichtung zur Messung einer Höhe hmess oder eine Position pmess des beweglichen Bauteils aufweist. Eine solche Arbeitsmaschine ist beispielsweise ein Flurförderzeug wie ein Gabelstapler, ein Bagger oder eine Planierraupe.
- Mit solchen Arbeitsmaschinen sollen verschiedene Arbeitsziele erreicht werden, beispielsweise soll eine Grube mit einer Baggerschaufel ausgehoben werden, die Baggerschaufel soll zum Glattziehen eines Gebietes auf einer bestimmten Trajektorie geführt werden, mit Hilfe eines Gabel- oder Schubmaststaplers sollen Lasten in Regale gehoben werden, die auf verschiedenen Höhen Regalebenen aufweisen.
- Bei diesen Vorgängen war der Bediener ursprünglich auf seine eigene, vor allem visuelle Wahrnehmung angewiesen. Da jedoch die Anforderungen komplexer werden und oftmals ein höheres Arbeitstempo verlangt wird, sind eine Reihe von Systemen entwickelt worden, die den Bediener einer solchen Arbeitsmaschine unterstützen.
- Die
DE 101 53 531 A1 beschreibt eine Radarmessung zur Erfassung der Hubhöhe eines Gabelstaplers. Ebenso wird eine Kameraüberwachung der Hubhöhe eingesetzt. Diese Verfahren erlauben es dem Bediener zwar, auch Bereiche, die eigentlich außerhalb seines Gesichtsfeldes zum Beispiel in einer großen Höhe liegen, visuell zu überwachen, sie verlangen jedoch die Konzentration auf ein Display und im Falle einer Radarmessung zusätzlich das Wissen des Bedieners, in welcher Höhe die Regalbretter angebracht sind. Diese Systeme sind daher nicht besonders intuitiv zu bedienen. - Auch zur Unterstützung eines Bedieners von Arbeitsmaschinen wie Baggern sind Systeme bekannt, die zum Beispiel beim Ausheben besonders tiefer Gruben die Schaufelposition zu jedem Zeitpunkt mit Hilfe von Lasermessungen oder Satelliten berechnen und auf einem Display darstellen. Auch solche Systeme verlangen vom Bediener die verhältnismäßig komplizierte Übertragung des auf dem Display Dargestellten in konkrete Handlungen, die Erfahrung erfordert, und sind daher ebenfalls nicht intuitiv zu bedienen.
- Die
US 5,019,761 A offenbart ein System zur Unterstützung eines Bedieners eines Baggers, das „force feedback"-Signale nutzt, um dem Bediener ein realistisches Gefühl für die Arbeitsmaschine zu geben. Auf diese Weise ist es möglich, dem Bediener auch bei einer Fernbedienung der Arbeitsmaschine das Gefühl zu vermitteln, er arbeite direkt an der Maschine, was eine intuitive Bedienung ermöglicht. Allerdings ist der Einsatz der force feedback-Signale auf Signale beschränkt, die unmittelbar mit auf die Maschine wirkenden Kräften verbunden sind. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine anzugeben, das eine besonders intuitive und einfache Bedienung der Arbeitsmaschine erlaubt und das eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten aufweist.
- Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine, die ein Basisbauteil, ein relativ zum Basisbauteil bewegliches Bauteil und eine Einrichtung zur Messung einer Höhe hmess des beweglichen Bauteils aufweist, umfasst folgende Schritte: Zunächst wird die aktuelle Höhe hmess des beweglichen Bauteils gemessen. Der gemessenen Höhe hmess wird anhand einer hinterlegten Signal-Höhen-Kennlinie ein Signal zugeordnet, wobei die Signal-Höhen-Kennlinie jeweils ein lokales Extremum der Signalstärke bei ausgezeichneten Höhen hi aufweist. Das Signal wird ausgegeben.
- Einem Grundgedanken der Erfindung zufolge erlauben force feedback-Signale grundsätzlich eine intuitive Bedienung von Arbeitsmaschinen. Derartige Signale können vorteilhaft nicht nur in Situationen eingesetzt werden, die unmittelbar mit auf die Maschine wirkenden Kräften verbunden sind, sondern auch in Situationen, in denen dem Bediener abstrakte Sachverhalte wie beispielsweise das Erreichen einer ausgezeichneten Höhe vermittelt werden sollen. Sie sind dann keine force feedback-Signale im eigentlichen Sinne mehr, da sie keine „künstliche Weitergabe" von auf die Maschine wirkenden Kräften an den Bediener bewirken. Vielmehr werden abstrakten Sachverhalten Signale zugeordnet, die wie herkömmliche force feedback-Signale haptische Signale sein können, die dem Bediener mittels eines Bedienelements vermittelt werden. Es eignen sich jedoch auch beispielsweise optische oder akustische Signale.
- Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es dem Bediener, das Erreichen ausgezeichneter Höhen mit dem beweglichen Bauteil anhand der Signale zu „erfühlen". Dabei wird vorteilhaft nicht nur ein Signal ausgegeben, wenn die entsprechende Höhe erreicht ist, sondern auch die Annäherung an die ausgezeichnete Höhe und ihre erfolgte Überschreitung werden dem Bediener signalisiert. Dies erfolgt dadurch, dass auch vor und nach dem Erreichen einer ausgezeichneten Höhe Signale ausgegeben werden, jedoch mit geringerer Stärke, während die Signalstärke für die ausgezeichnete Höhe maximal ist. Vorteilhafterweise ist die Signal-Höhen-Kennlinie also stetig.
- In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Signal-Höhen-Kennlinie ein lokales Maximum bei ausgezeichneten Höhen hi auf, ist im Intervall [hi – Δh, hi] jeweils monoton steigend und im Intervall [hi, hi + Δh] jeweils monoton fallend und für alle übrigen Werte konstant. Alternativ kann die Signal-Höhen-Kennlinie auch ein lokales Minimum bei ausgezeichneten Höhen hi aufweisen, im Intervall [hi – Δh, hi] jeweils monoton fallend und im Intervall [hi , hi + Δh] jeweils monoton steigend und für alle übrigen Werte konstant sein.
- Beide Ausführungsformen lassen sich auch kombinieren. Beispielsweise kann die Signal-Höhen-Kennlinie aus zwei Ästen bestehen, wobei der eine Ast die lokalen Maxima aufweist und zur Zuordnung eines Signals zur gemessenen Höhe in dem Fall herangezogen wird, wenn der Bediener das bewegliche Bauteil der Maschine anhebt, während der zweite Ast die lokalen Minima aufweist und für den Fall des Senkens des beweglichen Bau teils herangezogen wird. Auf diese Weise ist es dem Bediener sogar möglich, die Vorgänge des Hebens und des Senkens des beweglichen Bauteils anhand der Signale zu unterscheiden.
- Der Bereich Δh wird abhängig vom Abstand ausgewählt, den die ausgezeichneten Höhen hi aufweisen, und vorteilhafterweise auch abhängig davon, wie schnell typischerweise die ausgezeichneten Höhen durchfahren werden. Im Falle eines Gabelstaplers, mit dem Regalebenen beladen werden sollen, die Abstände in der Größenordnung von einem Meter aufweisen, gilt in einer Ausführungsform für Δh Δh ≤ 0,2·|(hi – hi+1)|.
- Wird Δh klein und die maximale Signalstärke groß gewählt, so sind die Extrema des Signals für den Bediener schärfer erkennbar. Wird Δh eher groß gewählt, so kündigt das Signal dem Bediener das Erreichen einer ausgezeichneten Höhe zwar früher an, so dass dieser eher vorbereitet ist, jedoch nimmt er das Signal bei gleicher maximaler Signalstärke nicht mehr ganz so scharf wahr.
- Die genaue Form der Signal-Höhen-Kennlinie wird deshalb abhängig vom Einsatzbereich und gegebenenfalls auch abhängig von den Präferenzen des Bedieners gewählt. Vorteilhaft können auch Signal-Höhen-Kennlinien sein, die um die Extrema herum asymmetrisch sind. Beispielsweise kann Δh vor dem Erreichen des Extremums größer sein als danach. Auf diese Weise kann beispielsweise eine ausgezeichnete Höhe vor ihrem Erreichen frühzeitig angekündigt werden, während die Signalstärke danach schnell abfällt und dem Bediener so das scharfe Wahrnehmen der ausgezeichneten Höhe ermöglicht.
- Derartige Signale können auch eingesetzt werden, um dem Bediener Abweichungen des beweglichen Bauteils von einer Soll position anzuzeigen. In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine, die ein Basisbauteil, ein relativ zum Basisbauteil bewegliches Bauteil und eine Einrichtung zur Messung einer Position p des beweglichen Bauteils aufweist, folgende Schritte: Es wird eine Menge von Sollpositionen psoll für das bewegliche Bauteil vorgegeben. Die aktuelle Position pmess des beweglichen Bauteils wird gemessen. Anschließend wird eine Positionsabweichung Δp der gemessenen Position pmess von der Menge der Sollpositionen psoll bestimmt. Dieser Positionsabweichung Δp wird anhand einer hinterlegten Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie ein Signal zugeordnet, wobei die Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie monoton steigend ist. Das Signal wird ausgegeben.
- Bei dieser Ausführungsform wird demnach ein starkes Signal ausgegeben, wenn die Positionsabweichung groß ist, und ein schwächeres, wenn sie klein ist.
- Dieses erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass es den Bediener dabei unterstützen kann, das bewegliche Bauteil, beispielsweise die Schaufel eines Baggers, entlang einer vorgegebenen Trajektorie zu bewegen. In diesem Fall ist die Menge der Sollpositionen die Trajektorie oder Bahnkurve. Das Verfahren kann auch eingesetzt werden, um zusammen mit weiteren Assistenzsystemen vor Kollisionen mit Hindernissen wie Personen im Arbeitsbereich oder Leitungen im Erdreich oder oberhalb der Arbeitsmaschine zu warnen.
- Das Verfahren eignet sich jedoch auch zur Unterstützung des Bedieners, wenn beispielsweise eine Grube ausgehoben werden soll. In diesem Fall ist die Menge der Sollpositionen dreidimensional und umfasst alle Punkte der auszuhebenden Grube.
- Punkte außerhalb sind dagegen nicht „erlaubt" und das Bewegen des beweglichen Bauteils zu ihnen führt zur Ausgabe eines Signals, das dem Bediener die Positionsabweichung signalisiert. Da das Signal stärker ist, je größer die Positionsabweichung ist, wird der Bediener mit Hilfe des Signals dabei unterstützt, das bewegliche Bauteil in eine Sollposition zurückzuführen, indem er das bewegliche Bauteil derart steuert, dass das Signal schwächer wird und schließlich ein Minimum erreicht oder verschwindet, falls die Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie einen Nulldurchgang aufweist.
- Als Signal wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein haptisches Signal verwendet. Dieses haptische Signal besteht beispielsweise in einer Auslenkung eines Bedienelements, die in ihrer Richtung und/oder in ihrer Stärke von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Das haptische Signal kann jedoch auch in Vibrationen eines Bedienelements bestehen, die in ihrer Geschwindigkeit und/oder in ihrer Stärke von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig sind.
- Diese haptischen Signale ermöglichen es dem Bediener, die richtige Position des beweglichen Bauteils zu „erfühlen". Die Bedienung der Arbeitsmaschine ist somit besonders intuitiv und schnell erlernbar. Haptische Signale weisen außerdem den besonderen Vorteil auf, dass sie keine zusätzliche Aufmerksamkeit des Bedieners erfordern. Bei der Arbeit hat der Bediener ohnehin Kontakt zu dem Bedienelement, das ihm auch die Signale übermittelt. Der Bediener muss also nicht auf ein Display oder Ähnliches achten, um die Signale wahrzunehmen.
- Alternativ oder zusätzlich kann jedoch als Signal auch ein optisches Signal verwendet werden, das in seiner Helligkeit und/oder in seiner Farbe von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Auch die Verwendung eines akustischen Signals, das in seiner Lautstärke und/oder in seiner Tonhöhe von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist, ist denkbar. Das akustische Signal kann auch wiederholte Töne aufweisen, deren Wiederholungsrate von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Während ein optisches Signal den Vorteil hat, dass es auch bei großem Umgebungslärm deutlich wahrgenommen werden kann, weist ein akustisches Signal den Vorteil auf, dass der Bediener während der Arbeit keine optische Anzeige „im Auge behalten" muss.
- Die Art des Signals wird daher vorteilhafterweise passend zum jeweiligen Einsatzzweck ausgewählt, wobei gegebenenfalls auch Kombinationen verschiedenartiger Signale besonders vorteilhaft sind.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine, die ein Basisbauteil und ein relativ zum Basisbauteil bewegliches Bauteil aufweist, weist eine Einrichtung zur Messung einer Höhe hmess des beweglichen Bauteils auf. Sie weist ferner ein Steuergerät auf, das ausgelegt ist, um der gemessenen Höhe hmess anhand einer hinterlegten Signal-Höhen-Kennlinie ein Signal zuzuordnen, wobei die Signal-Höhen-Kennlinie jeweils ein lokales Extremum bei ausgezeichneten Höhen hi aufweist.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung einer Position pmess des beweglichen Bauteils und ein Steuergerät auf, das ausgelegt ist, um eine Positionsabweichung Δp der gemessenen Position pmess von einer Menge von Sollpositionen psoll zu bestimmen und der Positionsabweichung Δp anhand einer hinterlegten Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie ein Signal zuzuordnen, wobei die Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie monoton steigend ist.
- Außerdem weist die Vorrichtung zumindest eine Einrichtung zur Ausgabe des Signals auf.
- Die Einrichtung zur Ausgabe des Signals ist als Einrichtung zur Ausgabe eines haptischen, eines optischen und/oder eines akustischen Signals ausgebildet.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einrichtung zur Ausgabe eines haptischen Signals als aktives Bedienelement ausgebildet, das haptische Signale durch eine Auslenkung oder Vibration des Bedienelements an den Bediener übermittelt. Ein solches aktives Bedienelement ist beispielsweise ein Joystick oder ein Bedienhebel, der in der Art von force-feedback-Bedienelementen einen durch das Steuergerät ansteuerbaren Motor umfasst, um haptische Signale wie Auslenkungen oder Vibrationen zu erzeugen.
- Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Arbeitsmaschine mit einem Basisbauteil und einem relativ zum Basisbauteil beweglichen Bauteil die erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Die Arbeitsmaschine ist beispielsweise als Gabelstapler, als Schubmaststapler, als Kommissionierer oder als Telehandler ausgebildet. Derartigen Arbeitsmaschinen ist gemeinsam, dass sie zum – meist innerbetrieblichen – Transport und Heben von Lasten ausgelegt sind.
- Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aber auch für Arbeitsmaschinen wie Bagger, Straßenfertiger, Dozer, Grader, Verdichter oder Planierrauben vorteilhaft.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch einen Gabelstapler mit einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 zeigt eine Signal-Höhen-Kennlinie gemäß der ersten Ausführungsform; -
3 zeigt eine Systemarchitektur gemäß der ersten Ausführungsform; -
4 zeigt schematisch einen Bagger mit einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
5 zeigt einen beispielhaften Signalverlauf für die zweite Ausführungsform; -
6 zeigt schematisch einen Bagger mit einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und -
7 zeigt einen beispielhaften Signalverlauf für die dritte Ausführungsform. - Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt schematisch einen Gabelstapler1 mit einer Vorrichtung zur Unterstützung eines Bedieners gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Gabelstapler1 weist ein Basisbauteil2 und ein bewegliches Bauteil auf, das sich in einen Mast3 und eine Gabel4 gliedert. Der Gabelstapler1 weist ein Hydrauliksystem9 auf, über das die Gabel4 gehoben und gesenkt werden kann. Die Betätigung des Hydrauliksystems9 der Gabel4 erfolgt durch einen Bediener über ein Bedienelement8 . - Der Gabelstapler
1 umfasst eine Einrichtung6 zur Messung der Höhe hmess der Gabel4 über dem Boden5 oder über einem anderen Referenzpunkt. Diese Einrichtung6 misst die Höhe hmess der Gabel4 auf beliebige Weise, beispielsweise durch eine Radar- oder Lasermessung, über den Druck im Hydrauliksystem des Gabelstaplers1 oder durch ein Seilzugpotentiometer. - Der Gabelstapler
1 kommt beispielsweise zum Einsatz, um Lasten auf seiner Gabel4 in Regale eines Hochregallagers mit mehreren Regalebenen zu heben. Ein in der1 nicht gezeigtes Regal weist n Regalebenen auf, die jeweils für den Gabelstapler1 zugänglich sind, wenn sich seine Gabel4 in den Höhen h1, h2, ... hn befindet. - Soll nun eine Last auf einer Regalebene mit der Höhe hi abgelegt werden, so hebt der Bediener die Gabel
4 über das Bedienelement8 an, während die Einrichtung6 zur Messung der Höhe hmess jeweils die aktuelle Höhe hmess der Gabel4 ermittelt. Der Messwert hmess wird an ein Steuergerät7 weitergege ben, das den Messwert hmess mit gespeicherten Gabelpositionen, die ausgezeichneten Höhen hi entsprechen, vergleicht. - Die ausgezeichneten Höhen hi markieren Gabelpositionen, bei denen jeweils die i-te Regalebene erreicht werden kann. Die Höhen hi sind jeweils für einen Regaltyp hinterlegt; es ist auch denkbar, dass sie vom Regal direkt an das Steuergerät übermittelt werden. Dazu muss allerdings das Hochregallager drahtlos mit der Arbeitsmaschine, in diesem Fall also dem Gabelstapler, vernetzt sein. Denkbar ist auch eine optische Erfassung der Höhen hi während des Betriebes.
- Im Steuergerät ist eine Signal-Höhen-Kennlinie hinterlegt, die einer Höhe h ein Signal mit einer Signalstärke S zuordnet. Diese Signal-Höhen-Kennlinie
10 ist in2 gezeigt. - Die Signal-Höhen-Kennlinie
10 weist jeweils ein lokales Extremum bei den ausgezeichneten Höhen hi auf, das bei dieser Ausführungsform ein lokales Maximum ist. Die gezeigte Kennlinie10 weist für das erste Maximum bei der Höhe h1 eine andere Form auf als für die weiteren Höhen h2, h3 ... Die Höhe h1 entspricht der Gabelposition, die bei der Fahrt des Gabelstaplers1 eingenommen werden soll und unterscheidet sich insofern von den weiteren Höhen h2, h3 ..., die Regelebenen des Hochregallagers entsprechen. - Das Steuergerät ordnet der gemessenen Höhe hmess mit Hilfe der Signal-Höhen-Kennlinie
10 ein Signal mit der Stärke S zu, die maximal ist, wenn eine der ausgezeichneten Höhen hi erreicht ist. Das Signal wird ausgegeben, was in der dargestellten Ausführungsform dadurch erfolgt, dass das Steuergerät7 das Bedienelement8 ansteuert, das dem Bediener in Form einer haptischen Rückmeldung (force feedback) das Erreichen einer Regalebene signalisiert. Das Bedienelement8 ist dazu als aktives Bedienelement mit einem nicht gezeigten Motor ausgebildet, der als Reaktion auf die Ansteuerung durch das Steuergerät7 eine Auslenkung und/oder Vibrationen des Bedienelements8 als Signal bewirken kann. -
3 zeigt eine Systemarchitektur mit einem Regelkreis gemäß der ersten Ausführungsform. Über die Einrichtung3 zur Höhenmessung wird die aktuelle Höhe hmess der Gabel4 gemessen. Der Messwert hmess wird an das Steuergerät7 weitergegeben, das auf die beispielsweise in Form einer Look-up-Tabelle hinterlegte Kennlinie10 zugreift, um die der Höhe hmess zugeordnete Stärke S des auszugebendes Signals zu ermitteln. - Die in
3 gezeigte Kennlinie10 weist zwei Äste auf, den oberen Ast11 und den unteren Ast12 . Der obere Ast11 betrifft dabei den Vorgang des Hebens der Gabel4 , während der untere Ast12 den Vorgang des Senkens der Gabel4 betrifft. Die Kennlinie10 weist deshalb zwei Äste auf, weil sie um die Extrema herum nicht symmetrisch ist. Vielmehr weist sie die Form eines Sägezahns auf, bei dem die Signalstärke S vor einem Maximum langsam ansteigt, während sie danach abrupt abfällt. Bei dem das Senken betreffenden unteren Ast12 gilt analog, dass die Kennlinie10 bei einer Annäherung von oben an ein Minimum allmählich fällt, während sie danach abrupt ansteigt. Eine solche Form der Kennlinie10 macht es dem Bediener besonders einfach, die entsprechende Höhe hi zu identifizieren. - Die Kennlinie
10 weist zwischen den Extrema jeweils Bereiche auf, in denen sie einen konstanten Wert S*1 bzw. –S*1 der Signalstärke S aufweist, während sie in den Extrema die Werte S*2 bzw. –S*2 erreicht. Die Kennlinie10 ordnet der gemessenen Höhe hmess zunächst eine Signalstellgröße S* zu, die den Motor im aktiven Bedienelement8 ansteuert. Der Motor steuert daraufhin mit einem Signal S' einen Handgriff des Bedienelements8 an. Der Bediener wiederum fühlt ein Signal der Stärke S am Handgriff. - In der vorliegenden Ausführungsform ist das Bedienelement
8 bzw. sein Handgriff als "Joystick" ausgebildet und das Signal der Stärke S ist eine Auslenkung des Joysticks, die eine Gegenkraft zu der vom Bediener für die Bedienung des Joysticks aktuell aufgewendete Kraft darstellt. Falls also der Bediener für eine Bewegung der Gabel4 eine Auslenkung des Joysticks von sich weg veranlasst, so besteht das Signal S in einer Auslenkung des Joysticks zum Bediener hin, wobei diese Auslenkung umso stärker wird, je weiter sich die gemessene Höhe hmess der ausgezeichneten Höhe hi annähert. - Auf diese Weise kann der Bediener das Erreichen der Regalebenen intuitiv erfühlen, ohne auf ein Display oder eine andere Art der Anzeige Acht geben zu müssen.
- Der Bediener veranlasst durch eine Lageänderung xhand des Joysticks, dass der Wegesensor den Steuerbefehl xmess an die Steuerung des Hydrauliksystems
9 weitergibt, die wiederum ein Wegeventil und darüber einen Hydraulikzylinder und eine Hubmechanik durch den Befehl xventil ansteuert und dadurch eine Änderung der Höhe hmess der Gabel4 bewirkt. -
4 zeigt schematisch einen Bagger13 mit einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Bagger13 weist ein Basisbauteil14 und eine Schaufel15 als bewegliches Bauteil auf. - Zur Steuerung umfasst der Bagger
13 eine Einrichtung17 zur Positionsbestimmung der Schaufel15 , ein Steuergerät18 , ein Bedienelement19 und eine Arbeitshydraulik20 . - Die Schaufel
15 soll in der gezeigten Ausführungsform entlang der durchgezogenen Linie21 bewegt werden, um Erdreich an einer Böschung glattzuziehen. Die durchgezogene Linie bildet somit eine Menge von Sollpositionen psoll für die Schaufel15 . Tatsächlich aber bewegt der Bediener die Schaufel15 entlang der gestrichelten Linie16 . Die Einrichtung17 zur Positionsbestimmung der Schaufel15 misst somit die Positionen pmess, die von der Menge der Sollpositionen psoll um Δp abweichen. - Das Steuergerät
18 ordnet nun jeder Positionsabweichung Δp anhand einer hinterlegten Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie ein Signal der Stärke S zu. -
5 zeigt eine Kurve22 , die angibt, welcher Ist-Position pmess der auf der gestrichelten Linie16 geführten Schaufel15 ein Signal der Stärke S zugeordnet wurde. An den beispielhaft herausgegriffenen Punkten A, C und E der gestrichelten Linie16 entspricht die Position pmess der Schaufel14 ihrer Sollposition psoll. In diesem Fall ist die Positionsabweichung Δp gleich Null und ihr wird ein Signal der Stärke Null zugeordnet. In diesem Fall wird also kein Signal ausgegeben. In den Punkten B und D dagegen sind betragsmäßig maximale Positionsabweichungen Δp festzustellen, so dass auch die Signalstärken S betragsmäßig maximal sind. -
6 zeigt schematisch einen Bagger13 mit einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Menge der Sollpositionen psoll keine linienförmige Kurve, sondern sie bildet einen dreidi mensionalen Raum. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Grube ausgehoben werden soll. Erwünscht sind dann alle Positionen der Schaufel15 , die die Begrenzung24 der Grube23 nicht verletzen. - Im gezeigten Beispiel wird die Schaufel
15 auf der Kurve25 geführt. Während alle Punkte der Kurve25 links des Punktes F und rechts des Punktes G Sollpositionen psoll der Schaufel15 markieren, besteht an allen Punkten der Kurve25 zwischen F und G eine Positionsabweichung Δp > 0. -
7 zeigt eine Kurve26 , die jeder Ist-Position pmess der auf der gestrichelten Linie16 geführten Schaufel15 ein Signal der Stärke S zuordnet. In diesem Fall wird nur den Schaufelpositionen zwischen den Punkten F und G ein Signal mit einer von Null verschiedenen Signalstärke zugeordnet, weil nur in diesem Fall eine Positionsabweichung Δp > 0 aufgetreten ist. - Auch in dieser dritten Ausführungsform besteht das Signal in einer Auslenkung des als Joystick ausgebildeten Bedienelements
19 des Baggers13 . Dabei ist die Auslenkung aufgrund des Signals der zur Bedienung vorgenommenen Auslenkung entgegengerichtet, so dass sich die Schaufel15 , wenn der Bediener der Gegenkraft nachgibt, wieder ihrer Sollposition psoll nähert. -
- 1
- Gabelstapler
- 2
- Basisbauteil
- 3
- Mast
- 4
- Gabel
- 5
- Boden
- 6
- Einrichtung zur Höhenmessung
- 7
- Steuergerät
- 8
- Bedienelement
- 9
- Hydrauliksystem
- 10
- Signal-Höhen-Kennlinie
- 11
- oberer Ast
- 12
- unterer Ast
- 13
- Bagger
- 14
- Basisbauteil
- 15
- Schaufel
- 16
- gestrichelte Linie
- 17
- Einrichtung zur Positionsbestimmung
- 18
- Steuergerät
- 19
- Bedienelement
- 20
- Arbeitshydraulik
- 21
- durchgezogene Linie
- 22
- Kurve
- 23
- Grube
- 24
- Begrenzung
- 25
- Kurve
- 26
- Kurve
- hmess
- gemessene Höhe
- hi
- ausgezeichnete Höhe
- S, S', S*
- Signal
- pmess
- gemessene Position
- psoll
- Sollposition
- Δp
- Positionsabweichung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10153531 A1 [0004]
- - US 5019761 A [0006]
Claims (30)
- Verfahren zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine (
1 ,13 ), die ein Basisbauteil (2 ,14 ), ein relativ zum Basisbauteil (2 ,14 ) bewegliches Bauteil (3 ,4 ,15 ) und eine Einrichtung (6 ) zur Messung einer Höhe hmess des beweglichen Bauteils (3 ,4 ,15 ) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Messung der aktuellen Höhe hmess; – Zuordnung eines Signals zu der gemessenen Höhe hmess anhand einer hinterlegten Signal-Höhen-Kennlinie (10 ), wobei die Signal-Höhen-Kennlinie (10 ) jeweils ein lokales Extremum bei ausgezeichneten Höhen hi aufweist, und – Ausgabe des Signals. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Signal-Höhen-Kennlinie (
10 ) ein lokales Maximum bei ausgezeichneten Höhen hi aufweist, im Intervall [hi – Δh, hi] jeweils monoton steigend und im Intervall [hi , hi + Δh] jeweils monoton fallend und für alle übrigen Werte konstant ist. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signal-Höhen-Kennlinie (
10 ) ein lokales Minimum bei ausgezeichneten Höhen hi aufweist, im Intervall [hi – Δh, hi] jeweils monoton fallend und im Intervall [hi, hi + Δh] jeweils monoton steigend und für alle übrigen Werte konstant ist. - Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei für Δh gilt Δh ≤ 0,2·|(hi – hi +1)|.
- Verfahren zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine (
1 ,13 ), die ein Basisbauteil (2 ,14 ), ein relativ zum Basisbauteil (2 ,14 ) bewegliches Bauteil (3 ,4 ,15 ) und eine Einrichtung (17 ) zur Messung einer Position p des beweglichen Bauteils (3 ,4 ,15 ) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Vorgeben einer Menge von Sollpositionen psoll für das bewegliche Bauteil (3 ,4 ,15 ); – Messung der aktuellen Position pmess; – Bestimmung einer Positionsabweichung Δp der gemessenen Position pmess von der Menge der Sollpositionen psoll; – Zuordnung eines Signals zu der Positionsabweichung Δp anhand einer hinterlegten Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie, wobei die Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie monoton steigend ist; – Ausgabe des Signals. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Signal ein haptisches Signal verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei das haptische Signal die Auslenkung eines Bedienelements (
8 ,19 ) umfasst, die in ihrer Richtung von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist. - Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das haptische Signal die Auslenkung eines Bedienelements (
8 ,19 ) umfasst, die in ihrer Stärke von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das haptische Signal Vibrationen eines Bedienelements (
8 ,19 ) umfasst, die in ihrer Geschwindigkeit von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das haptische Signal Vibrationen eines Bedienelements (
8 ,19 ) umfasst, die in ihrer Stärke von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Signal ein optisches Signal verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei das optische Signal in seiner Helligkeit von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das optische Signal in seiner Farbe von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Signal ein akustisches Signal verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei das akustische Signal in seiner Lautstärke von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das akustische Signal in seiner Tonhöhe von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das akustische Signalwiederholte Töne aufweist, deren Wiederholungsrate von der gemessenen Höhe hmess oder der Positionsabweichung Δp abhängig ist.
- Vorrichtung zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine (
1 ,13 ), die ein Basisbauteil (2 ,14 ) und ein relativ zum Basisbauteil (2 ,14 ) bewegliches Bauteil (3 ,4 ,15 ) aufweist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: – eine Einrichtung (6 ) zur Messung einer Höhe hmess des beweglichen Bauteils (3 ,4 ,15 ); – ein Steuergerät (7 ), das ausgelegt ist, um der gemessenen Höhe hmess anhand einer hinterlegten Signal-Höhen-Kennlinie (10 ) ein Signal zuzuordnen, wobei die Signal-Höhen-Kennlinie (10 ) jeweils ein lokales Extremum bei ausgezeichneten Höhen hi aufweist, und – eine Einrichtung zur Ausgabe des Signals. - Vorrichtung zur Unterstützung eines Bedieners einer Arbeitsmaschine (
1 ,13 ), die ein Basisbauteil (2 ,14 ) und ein relativ zum Basisbauteil (2 ,14 ) bewegliches Bauteil (3 ,4 ,15 ) aufweist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: – eine Einrichtung (17 ) zur Messung einer Position pmess des beweglichen Bauteils (3 ,4 ,15 ); – ein Steuergerät (18 ), das ausgelegt ist, um eine Positionsabweichung Δp der gemessenen Position pmess von einer Menge von Sollpositionen psoll zu bestimmen und der Positionsabweichung Δp anhand einer hinterlegten Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie ein Signal zuzuordnen, wobei die Signal-Positionsabweichungs-Kennlinie monoton steigend ist; – eine Einrichtung zur Ausgabe des Signals. - Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Einrichtung zur Ausgabe des Signals als Einrichtung zur Ausgabe eines haptischen Signals ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Einrichtung zur Ausgabe eines haptischen Signals als aktives Bedienelement (
8 ,19 ) ausgebildet ist, das haptische Signale durch eine Auslenkung des Bedienelements (8 ,19 ) übermittelt. - Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Einrichtung zur Ausgabe eines haptischen Signals als aktives Bedienelement (
8 ,19 ) ausgebildet ist, das haptische Signale durch eine Vibration des Bedienelements (8 ,19 ) übermittelt. - Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Einrichtung zur Ausgabe des Signals als Einrichtung zur Ausgabe eines optischen Signals ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Einrichtung zur Ausgabe des Signals als Einrichtung zur Ausgabe eines akustischen Signals ausgebildet ist.
- Arbeitsmaschine mit einem Basisbauteil (
2 ) und einem beweglichen Bauteil, die eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24 aufweist. - Arbeitsmaschine nach Anspruch 25, die als Gabelstapler (
1 ) ausgebildet ist. - Arbeitsmaschine nach Anspruch 25, die als Schubmaststapler ausgebildet ist.
- Arbeitsmaschine nach Anspruch 25, die als Kommissionierer ausgebildet ist.
- Arbeitsmaschine nach Anspruch 25, die als Telehandler ausgebildet ist.
- Arbeitsmaschine nach Anspruch 25, die als Bagger (
13 ) ausgebildet ist.
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