DE102013211443A1

DE102013211443A1 - Mobile Arbeitsmaschine mit Arbeitsraumüberwachung

Info

Publication number: DE102013211443A1
Application number: DE201310211443
Authority: DE
Inventors: Martin Grepl; Henning Hayn; Oliver Glitza; Roman Mayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mobilen Arbeitsmaschine (1), insbesondere eines Baggers, welche ein Steuergerät und zumindest eine gesteuerte Betriebsart aufweist. Erfindungsgemäß wird in der gesteuerten Betriebsart von dem Steuergerät eine Überwachung eines Arbeitsraums (2) durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere Bagger, werden bis heute meistens mechanisch-hydraulisch ansteuerbare Ventilblöcke verwendet. Die Ansteuerung erfolgt daher manuell über eine mechanische Schiebereinheit durch den Bediener (über mechanisch-hydraulische Joysticks). Es gibt daher keine Einflussmöglichkeit externer Signale auf die Eingangssignale (hydraulische Steuerleitung zum Ventilschieber) der Maschinensteuerung.
Bei elektrohydraulischen Systemen wird der Ventilschieber über ein Steuergerät elektronisch vorgesteuert. Als Aktor am Ventilschieber dient ein Elektromagnet. Der Bediener steuert das System über elektronische Vorsteuergeräte (Joysticks), die Signale an das Steuergerät senden. Der Einsatz eines Steuergeräts ermöglicht die Implementierung von Fahrerassistenzfunktionen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mehrere Zusatzfunktionen (Fahrerassistenzsysteme) zu schaffen, die durch die Verwendung elektrohydraulischer Ventile (Elektrohydraulik) ermöglicht werden. Diese Assistenzfunktionen sollen vorzugsweise durch Softwarealgorithmen und die Nutzung zusätzlicher Signale im Steuergerät des Ventilblocks implementiert werden.
Gemäß dem selbständigen Anspruch weist die mobile Arbeitsmaschine ein Steuergerät und zumindest eine gesteuerte Betriebsart auf, wobei in der gesteuerten Betriebsart von dem Steuergerät eine Überwachung eines Arbeitsraums durchgeführt wird.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Die Hydraulikzylinder des Baggers können zunächst wie bisher im gesteuerten Betrieb verfahren werden. Da der Bagger mit einer Sensorik zur Bestimmung der Lage und Geschwindigkeit jedes einzelnen Armsegments ausgerüstet ist (vgl. DE 10 2009 018 070 A1 ), kann diese Information für verschiedene Zusatzfunktionen verwendet werden:
Eine Arbeitsraumüberwachung (Festlegen von x_min, x_max, y_min, y_max, z_min, z_max) kann im gesteuertem Betrieb durch eine entsprechende Logik im Steuergerät realisiert werden.
Da die Positionen der einzelnen Armsegmente bekannt sind, kann eine Positions- oder Geschwindigkeitsregelung der einzelnen Zylinder realisiert werden.
Bei bekannter Geometrie der betrachteten Arbeitsmaschine (vorzugsweise Bagger), ist eine Regelung in unterschiedlichen Koordinatensystemen, z.B. durch manuelles Umschalten realisierbar.
Die aufgezählten Zusatzfunktionen können abhängig vom Fahrerwunsch aktiviert oder deaktiviert werden.
Bei elektrischen Ventilsteuerblöcken können externe Signale (z.B. von Sensoren oder digitalen Karten) eingespeist werden. Im Gegensatz z.B. zur Arbeitsraumbegrenzung, bei der es „nur“ um das Abbremsen der Armsegmente vor einem vorgegebenen Grenzwert geht, können z.B. Sollbahnprofile eingespeist werden, die das Joysticksignal des Bedieners überstimmen. Dadurch ergeben sich weitere Anwendungsfälle:
Es kann ein Einteachen von angefahrenen Punkten zur Generierung von Sollbahnen stattfinden.
Falls eine entsprechende Bahnplanung implementiert ist, die das Abfahren vorgegebener Bahnen (vgl. allg. Robotik) ermöglicht, sind folgende Möglichkeiten gegeben:

– Finden einer energie- oder geschwindigkeitsoptimalen Bahn über Trajektorienplanungsalgorithmen.
– Bei überschüssiger hydraulischer Leistung kann die Motordrehzahl entsprechend der benötigten Leistung abgesenkt werden. Der aktuelle Leistungsbedarf kann aufgrund der bekannten/geplanten Bahn geschätzt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
1 eine mobile Arbeitsmaschine mit einer Arbeitsraumbegrenzung im xyz-Koordinatensystem.
1 zeigt eine mobile Arbeitsmaschine mit einer Arbeitsraumbegrenzung im xyz-Koordinatensystem.
Ziel bei der hier beschriebenen Arbeitsraumüberwachung ist es, den Arbeitsraum 2 des Bedieners nur innerhalb bestimmter Koordinaten zuzulassen. Dabei können die Grenzen x_min, x_max, y_min, y_max, z_min, z_max z.B. extern vorgegeben oder vom Bediener eingeteacht (in Kombination mit einer Bedienerschnittstelle wie z.B. einem Touchscreen) werden. Wird eine Bewegung des Baggerarms durch den Baggerführer durchgeführt, die den eingeschlossenen Bereich im xyz-Koordinatensystem verletzt, wird die Wunschbahn des Bedieners durch Eingriff in das Joysticksignal manipuliert.
Diese Arbeitsraumbegrenzung kann im einfachsten Fall als Kabinenschutz und/oder Reifenschutz für Bagger angewendet werden, indem die x_min-Koordinate entsprechend vorgegeben wird.
Die verwendeten Grenzen dienen dabei als Grenzwerte, die nicht verletzt werden dürfen. Für eine Überprüfung der Bereichsverletzung müssen die Ist-Positionen der Armsegmente bekannt sein, vgl. DE 10 2009 018 070 A1 . Der gesamte Inhalt der DE 10 2009 018 070 A1 wird in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Bei aktuellen Arbeitsmaschinen werden die einzelnen Zylinder gesteuert verfahren. Da aufgrund der DE 10 2009 018 070 A1 die Positionen und Geschwindigkeiten bekannt sind, kann für die Zylinder eine Kaskadenregelung (Geschwindigkeitsregelung mit überlagerter Positionsregelung) realisiert werden.
Da bei Baggern die Geometrie von Arm, Stiel usw. bekannt sind, kann eine Regelung in unterschiedlichen Koordinatensystemen realisiert werden (z.B. Regelung des Tool Center Points des Baggers in globalen Koordinaten (bei Einbindung von Satellitenpositionsbestimmung), in maschinenfesten Koordinaten etc.).
Es besteht die Möglichkeit, dass der Bediener manuell zwischen der konventionellen Steuerung des Baggers 1 mit oder ohne Arbeitsraumüberwachung und der xy-Regelung umschalten kann (z.B. über Schalter oder Taster).
Sobald einzelne Punkte manuell angefahren werden, können diese eingeteacht (abgespeichert) werden. Die einzelnen abgespeicherten Punkte im Arbeitsraum 2 können bei implementierter Bahnplanung automatisiert angefahren werden (vgl. Robotiksteuerung). Dadurch kann für einen Bagger z.B. eine automatisierte Abwurffunktion realisiert werden. Der Baggerfahrer teacht den Abwurfpunkt einmalig ein. Bei jeder geladenen Schaufel kann z.B. per Knopfdruck automatisiert der Abwurfpunkt angefahren werden.
Falls eine Bahnplanung implementiert ist, kann diese dazu verwendet werden, die energie- oder geschwindigkeitsoptimale Bahn zwischen den abgespeicherten Punkten zu berechnen.
Die Information, die bei berechneter Sollbahn gewonnen wurde, kann für die Anpassung der Motordrehzahl genutzt werden. Wenn z.B. bekannt ist, dass eine Bewegung „nach oben“, also entgegen der Schwerkraft durchzuführen ist, dann wird die Motordrehzahl entsprechend angehoben, im anderen Fall entsprechend abgesenkt.
Bezugszeichenliste

x: X-Koordinate im kartesischen Koordinatensystem
y: Y-Koordinate im kartesischen Koordinatensystem
z: Z-Koordinate im kartesischen Koordinatensystem
x_min: Minimalwert der X-Koordinate im Arbeitsraum
z_min: Minimalwert der Z-Koordinate im Arbeitsraum
x_max: Maximalwert der X-Koordinate im Arbeitsraum
z_max: Maximalwert der Z-Koordinate im Arbeitsraum
1: mobile Arbeitsmaschine
2: Arbeitsraum

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 102009018070 A1 [0007, 0019, 0019, 0020]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer mobilen Arbeitsmaschine (1), insbesondere eines Baggers, welche ein Steuergerät und zumindest eine gesteuerte Betriebsart aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der gesteuerten Betriebsart von dem Steuergerät eine Überwachung eines Arbeitsraums (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät Minimal- und/oder Maximalwerte von Koordinaten (x_min, x_max, y_min, y_max, z_min, z_max) des Arbeitsraums (2) mit Koordination eines Werkzeuges der mobilen Arbeitsmaschine oder eines Bezugspunktes an der mobilen Arbeitsmaschine vergleicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Arbeitsmaschine einen Auslegerarm mit mehreren beweglichen Armsegmenten aufweist, wobei jedem Armsegment ein hydraulischer Aktuator, vorzugsweise ein Zylinder, zugeordnet ist, wobei eine Positions- und/oder eine Geschwindigkeitsregelung der einzelnen Aktuatoren durchgeführt wird, wobei die Regelung vorzugsweise unter Verwendung der genannten Koordinaten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen unterschiedlichen Koordinatensystemen umgeschaltet werden kann, vorzugsweise manuell.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsraumüberwachung und/oder die Positionsregelung und/oder die Geschwindigkeitsregelung aktiviert oder deaktiviert werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehend Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilsteuerblöcke vorgesehen sind, welche mit dem Steuergerät elektrisch verbunden sind, wobei in das Steuergerät externe Signale eingespeist werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Signale von Sensoren und/oder digitalen Karten stammen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Signale Sollbahnprofile sind, welche mit einem Joysticksignal eines Bedieners überstimmen, wenn dieser die mobile Arbeitsmaschine entlang einer Sollbahn steuert.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Signale mehreren angefahrenen Punkten der Sollbahn entsprechen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn der mobilen Arbeitsmaschine hinsichtlich des Energieverbrauchs und/oder der Bewegungszeit optimiert wird, vorzugsweise unter Verwendung von Trajektorienplanungsalgorithmen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Arbeitsmaschine einen Motor, vorzugsweise einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei die Motordrehzahl abgesenkt wird, wenn die Motorleistung die benötigte hydraulische Leistung übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte hydraulische Leistung aufgrund einer vorgegebenen Bewegungsbahn der mobilen Arbeitsmaschine bestimmt, vorzugsweise berechnet, wird.