DE112009001466B4

DE112009001466B4 - Neigungsmesser-Messsystem und Verfahren zur Korrektur von bewegungsinduzierten Beschleunigungsfehlern

Info

Publication number: DE112009001466B4
Application number: DE112009001466.6T
Authority: DE
Inventors: Frank Beard Douglas
Original assignee: Caterpillar Trimble Control Technologies LLC
Current assignee: Caterpillar Trimble Control Technologies LLC
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: DE112009001466T5; WO2009155269A2; US7650252B2; US20090312974A1; CN102066875B; WO2009155269A3; CN102066875A

Abstract

System zum Erfassen der Neigung einer Komponente wie beispielsweise eines Baggerlöffels eines Baggers relativ zur Schwerkraft, wobei das System eine Plattform aufweist, die orthogonale Achsen X und Y sowie eine Z-Achse orthogonal sowohl zur X- als auch zur Y-Achse definiert, wobei die Komponente drehbar um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse ist, umfassend:
einen Neigungsmesser, der auf dieser Komponente an einer Stelle im Abstand r' von der Drehachse angebracht ist, zum Bereitstellen von Neigungsmesserausgaben, die Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, angeben,
einen Sensor, der an der Plattform angebracht ist, zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit w der Komponente um die Drehachse und Bereitstellen einer Sensorausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt,
einen Schaltkreis zum Ableiten der Sensorausgabe, um die Winkelbeschleunigung der Komponente dw/dt zu bestimmen,
einen Schaltkreis zum Multiplizieren der Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, an der der Neigungsmesser angebracht ist, r'*(dw/dt) zu bestimmen,
einen Schaltkreis zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung davon zu bestimmen und zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung davon zu bestimmen, und
einen Schaltkreis zum Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Komponente an dem Punkt, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und zum Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Tangentialbeschleunigung entstehen würden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Korrektur von Messfehlern, die durch bewegungsinduzierte Beschleunigung in einem sich auf Schwerkraft beziehenden Neigungssensor oder Neigungsmesser entstehen. Oft möchte man den Neigungswinkel eines beweglichen Teils einer Maschine in Bezug auf die Schwerkraft der Erde oder in Bezug auf andere Maschinenkomponenten wissen. Ein Verfahren zur Erreichung dessen umfasst das Anbringen eines sich auf Schwerkraft beziehenden Neigungsmessers auf dem beweglichen Teil oder den Komponenten. Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit solcher Neigungsmesser bereit, während sich das das bewegliche Teil dreht. Die vorliegende Erfindung korrigiert Effekte, die Tangential- und Radialbeschleunigung auf Messungen von Neigungsmessern verursachen, die mit Neigungsmessern gemacht werden, die durch Schwerkraft verursachte Beschleunigung erfassen.
Es ist besonders nützlich, in der Lage zu sein, die Ausrichtung verschiedener Baumaschinenkomponenten zu überwachen. Derart bewegliche Teile können beispielsweise der Ausleger, der Baggerlöffel, die Schaufel oder das Chassis einer Aushubmaschine oder die Klinge oder das Chassis eines Bulldozers, Graders oder Planierpflugs sein. In vielen Fällen schwenkt oder dreht das bewegliche Teil um einen bekannten Punkt oder eine bekannte Achse, wenn sich deren Neigungswinkel bedienergesteuert oder unter Kontrolle einer automatisierten Steuerung verändert. Sich auf Schwerkraft beziehende Neigungsmesser eignen sich aufgrund verschiedenster Gründe, darunter Robustheit, Zuverlässigkeit, geringe Größe, einfache Installation und geringe Kosten, insbesondere für den Einsatz bei Baumaschinenanwendungen. Das nützliche und gewünschte Ausgabesignal eines solchen sich auf Schwerkraft beziehenden Neigungsmessers ist eine Messung dessen Neigungswinkels in Bezug auf die Horizontale. Die Horizontale wird in Bezug auf die Schwerkraft der Erde gemessen. Zur Messung des Neigungswinkels in Bezug auf die Schwerkraft reagiert der Sensor auf die Vektorkomponente der Erdbeschleunigung entlang einer empfindlichen Achse oder Achsen. Diese Art von Sensoren ist von Natur aus empfindlich gegenüber durch Maschinenbewegung verursachter Beschleunigung, da sie nicht in der Lage ist, zwischen Erdbeschleunigung und Beschleunigungen, die nicht auf Erdbeschleunigung beruhen, zu unterscheiden. Lineare oder translationale Bewegungen und Schwingungen führen ebenfalls zu messbaren Beschleunigungen. Diese nicht durch Erdbeschleunigung verursachten Beschleunigungen können zu unerwünschten und fehlerhaften Ausgabesignalen eines Neigungsmessers führen. Die Größenordnung solcher fehlerhaften Signale ist proportional zu der nicht durch die Erdbeschleunigung verursachten Beschleunigung, die der Neigungsmesser wahrnimmt. In einigen Fällen können die unerwünschten Signale groß im Vergleich zu der gewünschten Neigungsmessung sein, wodurch die Sensorausgabe unzuverlässig und unbrauchbar wird, bis die Bewegungen, die diese unerwünschte Beschleunigung verursachen, beendet sind.
Ein Schwenken eines beweglichen Teils um eine Achse verursacht Beschleunigungmessfehler in radialer Richtung aufgrund der Drehung des Teils. Eine Änderung der Geschwindigkeit dieser Drehung verursacht auch Beschleunigungsmessfehler in tangentialer Richtung zur Bewegungsrichtung. Diese Tangentialbeschleunigung ist als lineare oder translatorische Beschleunigung eines Punktes auf einem sich drehenden Objekt in einer Entfernung „r“ von der Drehachse definiert. Tangentialbeschleunigung irgendwo auf dem beweglichen Teil ist das Produkt aus der Winkelbeschleunigung und dem radialen Abstand „r“ vom Drehpunkt oder der Achse, um den oder um die das bewegliche Teil schwenkt oder dreht. Ein sich auf Schwerkraft beziehender Neigungsmesser, der an einem beweglichen Teil einer Maschine befestigt ist, könnte sich idealerweise auf der Achse befinden, um die das Teil schwenkt oder sich dreht. Dort wäre der Abstand „r“ gleich Null, und es gäbe keine Tangentialbeschleunigung auf den Neigungsmesser aufgrund der Winkelbewegung des bewegten Teils. Aus Gründen der Praktikabilität ist es nicht immer möglich oder wünschenswert, den Neigungsmesser auf der Achse, um die sich das Teil dreht, anzubringen.
Gegenwärtig gibt es unterschiedlichste Systeme zum Anzeigen oder Steuern der Position von beweglichen Teilen an Baumaschinen.
Die DE 39 07 134 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Lagebestimmung eines an dem freien Ende eines mehrgelenkigen Auslegers angeordneten Werkzeuges, wobei die Auslegerabschnitte um zueinander parallele und im wesentlichen horizontale Schwenkachsen untereinander und mit einem Grundgestell der Arbeitsmaschine verbunden und um die jeweilige Schwenkachse verstellbar sind, und wobei aus der Winkellage und dem Achsabstand bzw. der Länge der Auslegerabschnitte deren Lage berechnet wird und der Lage entsprechende Anzeige- und/oder Steuersignale zur Steuerung der Auslegerabschnitte und/oder des Werkzeugs erzeugt werden, wird zur Bestimmung der Winkellage der Auslegerabschnitte jeweils deren Neigung bezüglich der Gravitationsrichtung gemessen wird. Eine hierfür geeignete Vorrichtung umfasst eine Rechenvorrichtung und an jedem Auslegerabschnitt einen mit der Rechenvorrichtung verbundenen Neigungsmesser zur Messung der Neigung des jeweiligen Auslegerabschnittes gegenüber der Gravitationsrichtung.
WO 2006/ 098 645 A1 offenbart eine Wägevorrichtung für die Verwendung mit einer Lastaufnahmemaschine mit einem Mehrfachverbindungshebearm, der an einem Ende mit dem Maschinengestell verbunden ist, wobei das Chassis während des Hebens schwenken kann. Die Vorrichtung bestimmt die Kräfte zwischen dem Arm und dem Chassis. Die Vorrichtung bestimmt eine Belastungsschätzung als Funktion dieser Hubkräfte und der relativen Verbindungspositionen des Mehrfachverbindungsarms. Die Vorrichtung kompensiert mindestens eine der Beschleunigungskräfte auf die Mehrfachlenker-Hebearme, die Anstiegsgeschwindigkeit und die Neigung des Baggerchassis in einer Ebene, die parallel zu der Bewegungsebene des Mehrfachlenkarms ist.
Die DE 199 55 925 A1 betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Auslegers einer Arbeitsmaschine. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Positionsbestimmung eines Auslegers einer Arbeitsmaschine bereitzustellen, welches auch die seitliche Schräglage der Arbeitsmaschine berücksichtigt und zusätzlich den dynamischen Beschleunigungsanteil, der durch das Bewegen der Arbeitsmaschine entsteht, zu kompensieren. Dazu muss an jedem Teilausleger mindestens ein Beschleunigungssensor mit mindestens zwei Messachsen befestigt sein, die immer senkrecht zueinander stehen. Die Messachsen können jedoch mit beliebig verdrehter Orientierung relativ zum Teilausleger befestigt werden. Der Winkel, welchen die beiden Messachsen mit der Senkrechten bzw. der Waagerechten einschließen, wird durch den Arcus Tangens der beiden Messsignale ermittelt. Die Höhe und die Ausladung des Teilauslegers sind dann proportional zum Kosinus bzw. zum Sinus dieses Winkels und können durch die Multiplikation mit bekannten Größen wie der direkte Abstand zwischen den Gelenkpunkten eines Teilauslegers in die Höhe bzw. die Ausladung umgewandelt werden. Der Winkel, den die Messeinheit (Messachse X) mit dem Ausleger einschließt, wird durch eine einmalige Eichmessung bei der Installation des Messsystems bestimmt.
Die DE 43 90 641 C2 offenbart ferner ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines länglichen Teiles, beispielsweise des Auslegers einer Arbeitsmaschine wie eines Baggers oder Kranes, bei dem mindestens ein Beschleunigungssensor zur Messung von Beschleunigungskräften, die in einer vertikalen Ebene wirken, mit dem länglichen Teil verbunden ist. Durch die entsprechende Wahl der Meßrichtung des mindestens einen Beschleunigungssensor wird die Berechnung von Höhe und Ausladung des Auslegers ermöglicht.
Die US 6 518 519 B1 offenbart schließlich weitere Verfahren und Vorrichtungen, um eine Masse einer Nutzlast in einer Arbeitsmaschine zu bestimmen. Die Arbeitsmaschine hat ein Fahrgestell bzw. Chassis, eine Kabine, die mit dem Fahrgestell gekoppelt ist und einen Ausleger, der mit der Kabine gekoppelt ist. Eine erste Betätigungsvorrichtung ist mit dem Ausleger und der Kabine gekoppelt und bewegt den Ausleger relativ zur Kabine. Die Arbeitsmaschine hat einen Vorderausleger, der mit dem Ausleger gekoppelt ist, und eine zweite Betätigungsvorrichtung, die mit dem Vorderausleger und dem Ausleger gekoppelt ist, die den Vorderausleger relativ zum Ausleger bewegt. Die Arbeitsmaschine hat auch eine Schaufel, die betreibbar ist, um die Nutzlast aufzunehmen. Die Schaufel ist mit dem Vorderausleger gekoppelt, und eine dritte Betätigungsvorrichtung ist mit der Schaufel und dem Vorderausleger gekoppelt und bewegt die Schaufel relativ zum Vorderausleger. Ein erster Verbindungs- bzw. Gelenkwinkel des Auslegers relativ zur Kabine wird zu mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt. Ein zweiter Gelenk- bzw. Verbindungswinkel des Vorderauslegers relativ zum Ausleger wird zu mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt. Ein dritter Gelenkwinkel der Schaufel relativ zum Vorderausleger wird zu mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt. Eine erste Betätigungsvorrichtungskraft, die auf die erste Betätigungsvorrichtung ausgeübt wird, wird zu mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt. Eine zweite Betätigungsvorrichtungskraft, die auf die zweite Betätigungsvorrichtung ausgeübt wird, wird zu mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt. Eine dritte Betätigungsvorrichtungskraft, die auf die dritte Betätigungsvorrichtung ausgeübt wird, wird zu mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt. Eine Vielzahl von physikalischen Charakteristiken bzw. Merkmalen der Arbeitsmaschine wird bestimmt. Die Masse der Schaufel und der Nutzlast wird als eine Funktion der ersten Gelenkwinkel, der zweiten Gelenkwinkel, der dritten Gelenkwinkel, der ersten Betätigungsvorrichtungskräfte, der zweiten Betätigungsvorrichtungskräfte, der dritten Betätigungsvorrichtungskräfte und der Vielzahl von vorbestimmten physikalischen Charakteristiken bestimmt.
Aus verschiedensten Gründen, wie Robustheit, Zuverlässigkeit, geringe Größe, einfache Installation und geringe Kosten, sind unter den verfügbaren Sensoren sich auf Schwerkraft beziehende Neigungsmesser bei Baumaschinenanwendungen nützlich. Wenn ein solcher sich auf Schwerkraft beziehender Neigungsmesser sich nicht genau auf der Achse befindet, um welche ein bewegliches Teil, an dem er angebracht ist, schwenkt oder sich dreht, ist es schwierig, eine genaue Neigungsangabe zu erhalten. Üblicherweise ist die Ausgabe eines derartigen Neigungsmessers gefiltert worden, um ein stabileres Signal mit weniger Jitter-Überlagerung zu erhalten. Tiefpassfilterung führt allerdings auch zu Latenz bei der Winkelmessung. Als Folge muss die Maschine oder ihre Teile für eine kurze Zeit stationär gehalten werden, um eine genaue Positionsangabe zu erhalten. Darüber hinaus ist Latenz in einem Steuersystem unerwünscht, da sie möglicherweise zur Instabilität des Systems beiträgt.
Es ist also offensichtlich, dass es Bedarf für eine Anordnung zur Korrektur von Messfehlern, die durch Beschleunigung in einem sich auf Schwerkraft beziehenden Neigungsmesser entstehen, gibt, wenn der Neigungsmesser an einem Maschinenteil angebracht ist, das schwenkt oder sich dreht, sowie für eine solche Anordnung mit verbesserter Geschwindigkeit und Genauigkeit des Neigungsmesser.
Diesem Bedarf werden erfindungsgemäße Systeme und Verfahren zur Erfassung der Neigung einer Plattform in Bezug auf die Schwerkraft gerecht. Es ist vorgesehen, dass das Wort „Plattform“ jedes Maschinenteil, auf dem ein Neigungsmesser angebracht ist, umfasst, und nicht auf einen Maschinenteil beschränkt ist, der andere Maschinenteile trägt. Die Plattform definiert orthogonale Achsen X und Y sowie eine Z-Achse, die orthogonal zu den X- und Y-Achsen ist. Die Plattform ist um eine Drehachse drehbar, die parallel zur Z-Achse ist. Das System umfasst einen Neigungsmesser, der an der Plattform an einer sich im Abstand r von der Drehachse befindlichen Stelle angebracht ist, um Neigungsmesserausgaben bezüglich der Beschleunigung in X- und Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, bereitzustellen. Eine Linie von der Drehachse zum Neigungsmesser bildet einen eingeschlossenen Winkel B mit der X-Achse. Ein Wendekreisel ist an der Plattform angebracht. Der Wendekreisel erfasst die Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und stellt eine Wendekreiselausgabe unter Angabe der Drehgeschwindigkeit w bereit. Ein Schaltkreis bildet die Ableitung der Wendekreisausgabe zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung dw/dt der Plattform. Ein Schaltkreis multipliziert die Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung r(dw/dt) der Plattform an der Stelle zu bestimmen, wo der Neigungsmesser angebracht ist. Ein Schaltkreis löst die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, auf, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und löst die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, auf, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen. Ein Schaltkreis subtrahiert die X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und subtrahiert die Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y. Als Folge werden die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert, die ansonsten aufgrund der Tangentialbeschleunigung entstehen würden.
Das System kann außerdem einen Schaltkreis zum Quadrieren der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und Multiplikation der quadrierten Drehgeschwindigkeit mit dem Abstand r zum Bestimmen der Radialbeschleunigung der Plattform umfassen. Ein Schaltkreis löst die Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, auf, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und löst die Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, auf, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen. Ein Schaltkreis subtrahiert die X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und subtrahiert die Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y. Somit werden die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert, die ansonsten aufgrund der Radialbeschleunigung entstehen würden.
Der Schaltkreis zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, multipliziert die Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit cos(B) und sin(B), um die X-Achsen- bzw. Y-Achsenkomponenten zu bestimmen. Der Schaltkreis zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, multipliziert die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit sin(B) und cos(B), um die X-Achsen- bzw. Y-Achsenkomponenten zu bestimmen.
Es wird ein Verfahren zum Erfassen der Neigung einer Plattform relativ zur Schwerkraft bereitgestellt, wobei die Plattform orthogonale Achsen X und Y sowie eine zu den X- und Y-Achsen orthogonale Achse Z definiert, wobei die Plattform um eine Drehachse parallel zur der Z-Achse drehbar ist. Das Verfahren umfasst die Schritte a.) Erfassen von Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x und I_y, durch einen Neigungsmesser, der auf der Plattform an einer Stelle im Abstand r von der Drehachse angebracht ist, und Bereitstellen solcher Neigungsmesserausgaben; b.) Erfassen der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und Bereitstellen einer Ausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt; c.) Ableiten der Drehgeschwindigkeit w, um die Winkelbeschleunigung der Plattform dw/dt zu bestimmen, d.) Multiplizieren der Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, r(dw/dt), zu bestimmen e.) Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen; f.) Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen; g.) Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und h) Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigieren, die ansonsten aufgrund der Tangentialbeschleunigung entstehen würden.
Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte umfassen: i.) Quadrieren der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und Multiplizieren der quadrierten Drehgeschwindigkeit mit dem Abstand r, um die Radialbeschleunigung der Plattform zu ermitteln; j.) Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen; k.) Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen; 1.) Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und m.) Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten aufgrund der Radialbeschleunigung entstehen würden.
Die Schritte des Auflösens der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und das Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, kann den Schritt des Multiplizierens der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit cos(B) und sin(B) zum Bestimmen der X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten davon umfassen. Der Winkel B ist ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Linie von der Drehachse zum Neigungsmesser und der X-Achse.
Die Schritte des Auflösens der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und das Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, kann den Schritt des Multiplizierens der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit sin(B) und cos(B) zum Bestimmen der X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten davon umfassen. Der Winkel B ist ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Linie von der Drehachse zum Neigungsmesser und der X-Achse.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren bereitzustellen, welche einen Ausgleich für Radial- und Tangentialbeschleunigung in einem System bereitstellt, bei dem die Orientierung einer beweglichen Komponente durch einen Neigungsmesser mit Bezug auf die Schwerkraft bestimmt wird.

1 zeigt eine Maschine, dargestellt als Bagger, bei dem das erfindungsgemäße System und Verfahren verwendet werden können, um die Neigungsmessung einer Maschinenkomponente zu verbessern;
2. ist eine schematische Darstellung des Baggers von 1 in Draufsicht, welche die Drehachse der Maschinenplattform und die Position des Plattformneigungsmessers zeigt und
3 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zum Erfassen der Neigung auf eine verbesserte Weise gemäß der vorliegenden Erfindung.

Mit Bezug auf 1 weist ein Bagger 1 ein positionierbares Werkzeug auf, wie zum Beispiel eine Schaufel 2, die an einem Werkzeug-Positioniermechanismus 3 angebracht ist. Der Werkzeug-Positioniermechanismus 3 umfasst einen Baggerlöffel 4 und einen Ausleger 5, die mit der Kabine 6 des Baggers 1 verbunden sind. Die Kabine 6 dient als Plattform, von der aus der Ausleger 5, der Baggerlöffel 4 und die Schaufel 2 mit Hilfe einer Reihe von hydraulischen Zylindern 7 bedienergesteuert oder unter Kontrolle einer sich an Bord befindlichen Baggersteuerung bewegt werden können.
Der Werkzeug-Positioniermechanismus 3 kann eine Anzahl von Linear- oder Winkellage-Encodern oder andere ähnliche Sensoren (nicht dargestellt) aufweisen, deren Ausgaben die Ausrichtung und Lage des Werkzeugs-Positioniermechanismus 3 relativ zur Kabine 6 angeben. Die Encoder können an verschiedenen Stellen entlang des Auslegers 5, dem Baggerlöffel 4 und der Schaufel 2 angebracht werden. Die Encoder können beispielsweise die linearen Positionen von Verbindungen und Hydraulikzylindern oder die relativen Winkel der Drehpunkte 10, 11 und 12 angeben. Es versteht sich allerdings, dass all diese Messungen auf die Plattform oder Kabine 6 bezogen sind, so dass die Neigung der Kabine oder Plattform in Bezug auf die Schwerkraft notwendig ist, um die Ausrichtung des Werkzeug-Positionierungsmechanismus zu beurteilen.
Die Informationsausgabe der verschiedenen Encoder kann von dem Werkzeugsteuersystem an Bord zur automatischen Positionierung der Schaufel 2 oder zur Anleitung eines Bedieners bei der manuellen Positionierung der Schaufel 2 verwendet werden. Zum Beispiel kann das Verarbeitungssystem an Bord Zugriff auf ein digitales Geländemodell haben, das Entwurfserhebungen für verschiedene Stellen auf der Baustelle darlegt. Die Verarbeitung an Bord kann ferner eine genaues Positionierungssystem, wie ein GPS-Empfänger-System 20, umfassen. Das Verarbeitungssystem an Bord kann Daten des digitalen Geländemodells und Positionsdaten des GPS-Empfängers 20 verwenden, um die Schaufel 2 in Position zu bringen oder einem Bediener als Anleitung bei der manuellen Positionierung der Schaufel 2 dienen.
Es versteht sich, dass es wichtig ist, die Neigung der Plattform 6 als Teil dieses Prozesses zu bestimmen, und daher ist ein Neigungsmesser 30 auf der Plattform 6, wie in den 1 und 2 gezeigt, angebracht. Es versteht sich, dass der Neigungsmesser 30 ein Dualachsenneigungsmesser ist, der die Neigung entlang einer X-Achse 32 und einer Y-Achse 34 angibt. Herkömmlicherweise erfasst ein solches Gerät die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft, und der Wert einer Beschleunigung in X-oder Y-Richtung zeigt das Ausmaß dessen, wie Plattform 6 aus einer exakt horizontalen Ausrichtung gekippt ist. Der Bagger 1 kann um eine vertikale Z-Achse 36 schwenken, wenn die Maschine in Betrieb ist. Es versteht sich, dass diese Drehung zu Radial- und Tangentialbeschleunigungskräften führt, die auf den Neigungsmesser 30 einwirken und zu einem vorübergehenden Fehler führen werden. Obgleich es möglich ist, den Betrieb des Baggers in regelmäßigen Abständen zu unterbrechen, um die vorübergehenden Fehler abklingen zu lassen, so dass eine genaue Anzeige der Ausrichtung der Plattform erhalten werden kann, ist diese Art des Betriebs ineffizient. Die vorliegende Erfindung sieht ein System vor, bei dem Tangential- und Radialbeschleunigungswerte mittels eines Wendekreisels bestimmt werden, und die Tangential- und Radialbeschleunigungswerte von den gemessenen Beschleunigungswerten abgezogen werden, um eine kompensierten Angabe der Neigung bereitzustellen.
Wie in 3 gezeigt, ist der Neigungsmesser 30 auf der Plattform 6 an einer Stelle im Abstand r von der Drehachse 36 angebracht und liefert Neigungsmesserausgaben, die Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, angeben. Eine Linie von der Drehachse 36 zu dem Neigungsmesser 30 bildet einen eingeschlossenen Winkel B mit der X-Achse 32. Ein Wendekreisel 40 ist an der Plattform 6 angebracht und erfasst die Drehgeschwindigkeit w der Plattform 6 um die Drehachse 36. Der Wendekreisel 40 liefert eine Wendekreiselausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt. 3 zeigt die Art, wie die Wendekreiselausgabe w in Verbindung mit Winkel B und Abstand r verwendet wird, die beide zum Zeitpunkt der Installation des Systems bestimmt werden und in dieser Anordnung konstant bleiben, um Tangential- und Radialbeschleunigung zu bestimmen, so dass die Ausgaben des Neigungsmessers 30 korrigiert werden können.
Ein Schaltkreis 42 leitet die Wendekreiselausgabe w zum Bestimmen der Winkelbeschleunigung der Plattform 6 als dw/dt ab. Schaltkreis 44 multipliziert die Winkelbeschleunigung dw/dt mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, als r(dw/dt) zu bestimmen. Schaltkreis 46 löst die Tangentialbeschleunigung r(dw/dt) der Plattform 6 an der Stelle, wo der Neigungsmesser 30 angebracht ist, auf, um die X-Achsenkomponente A_tx davon zu bestimmen, und löst die Tangentialbeschleunigung r(dw/dt) der Plattform 6 an der Stelle, wo der Neigungsmesser 30 angebracht ist, auf, um die Y-Achsenkomponente A_ty davon zu bestimmen. Zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung in deren X-Achsen und Y-Achsenkomponenten wird die Beschleunigung bei 48 und 50 mit SinusB bzw. CosinusB, bereitgestellt von Schaltkreisen 52 bzw. 54, multipliziert.
Vorgesehen ist ein Schaltkreis 56 zum Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, A_tx, von der in einer Richtung parallel zur X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und zum Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, A_ty, von der in einer Richtung parallel zur Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y. Somit werden die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert, die ansonsten aufgrund der Tangentialbeschleunigung entstehen würden, und werden als Ausgaben I_xc und I_yc, bereitgestellt. Der Schaltkreis 56 enthält Schaltkreise 58 und 60 für die Durchführung der erforderlichen Subtraktion.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf Fehler durch Radialbeschleunigung des Neigungsmessers korrigieren, wenn die Plattform 6 um Z-Achse 36 dreht. Um dies zu erreichen, umfasst das System einen Schaltkreis 62, der die Ausgabe w des Wendekreisels 40 quadriert (die Drehgeschwindigkeit w der Plattform 6 um die Drehachse 36) und das Quadrat der Drehgeschwindigkeit w² mit dem Abstand r multipliziert, um die Radialbeschleunigung rw² der Plattform 6 zu bestimmen. Schaltkreis 62 umfasst Multiplizierer 64 und Quadrierschaltkreis 66. Ein Schaltkreis 68 wird bereitgestellt, um die Radialbeschleunigung A_r der Plattform 6 an der Stelle, wo der Neigungsmesser 30 angebracht ist, aufzulösen, um die X-Achsenkomponente A_rx davon zu bestimmen und um die Radialbeschleunigung A_r der Plattform 6 an der Stelle, wo der Neigungsmesser 30 angebracht ist, aufzulösen, um die Y-Achsenkomponente A_ry davon zu bestimmen. Zum Auflösen der Radialbeschleunigung in ihre X-Achsen- und Y-Achsenkomponenten wird die Beschleunigung bei 70 und 72 mit SinusB bzw. CosinusB, bereitgestellt von Schaltkreisen 52 bzw. 54, multipliziert. Schließlich subtrahiert Schaltung 56 die X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform 6 an der Stelle, wo der Neigungsmesser 30 angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und subtrahiert die Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform 6 an der Stelle, wo der Neigungsmesser 30 angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zur Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y. Durch diese Anordnung werden die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert, die ansonsten aufgrund der Radialbeschleunigung entstehen würden.
Es versteht sich, dass, obgleich die Realisierung der Erfindung in der Patentschrift und in den Ansprüchen durch eine Reihe von diskreten Schaltungen zur Durchführung der erforderlichen Funktionen dargestellt ist, die Erfindung und die Ansprüche Konstruktionen umfassen, in denen diese Schaltkreise eine computerbasierte Umsetzung durch die Verwendung eines Mikroprozessors oder sonstigem umfassen. Die dargestellten Schaltkreise liefern eine Erklärung über die Art und Weise, wie Daten verarbeitet werden, jedoch wird ein Computersystem, in dem diese Funktionen durch Software- oder Firmware durchgeführt werden, im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogen.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf das Korrigieren von Neigungsmessungen einer Plattform beschränkt ist, sondern vielmehr zum Korrigieren von schwerkraftbasierten Messungen für Tangential- und Radialbeschleunigung in jedem Rahmen verwendet werden kann. Sollte beispielsweise ein schwerkraftbasierender Neigungsmesser 80 (gestrichelt dargestellt in 1) an einer Maschinenkomponente angebracht werden, wie beispielsweise am Baggerlöffel 4 des Baggers 1, würde Drehung der Plattform 6 um die Achse 36 zu Fehlern bei den mit Neigungsmesser 80 bereitgestellten Messungen aufgrund der Tangential- und Radialbeschleunigung führen. Diese Fehler können aus den Neigungsmesserausgaben in der Regel in der gleichen Weise wie oben beschrieben eliminiert werden. Es wäre jedoch notwendig, in dieser Anordnung zu berücksichtigen, dass die Entfernung r' keine Konstante ist, sondern bei Betrieb des Baggers variiert. Es wird davon ausgegangen, dass Systeme, die auf diese Weise arbeiten, in den Rahmen der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Ansprüchen fallen.
Andere Aspekte, Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung, und den beigefügten Ansprüchen.

Claims

System zum Erfassen der Neigung einer Komponente wie beispielsweise eines Baggerlöffels eines Baggers relativ zur Schwerkraft, wobei das System eine Plattform aufweist, die orthogonale Achsen X und Y sowie eine Z-Achse orthogonal sowohl zur X- als auch zur Y-Achse definiert, wobei die Komponente drehbar um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse ist, umfassend: einen Neigungsmesser, der auf dieser Komponente an einer Stelle im Abstand r' von der Drehachse angebracht ist, zum Bereitstellen von Neigungsmesserausgaben, die Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, angeben, einen Sensor, der an der Plattform angebracht ist, zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit w der Komponente um die Drehachse und Bereitstellen einer Sensorausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt, einen Schaltkreis zum Ableiten der Sensorausgabe, um die Winkelbeschleunigung der Komponente dw/dt zu bestimmen, einen Schaltkreis zum Multiplizieren der Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, an der der Neigungsmesser angebracht ist, r'*(dw/dt) zu bestimmen, einen Schaltkreis zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung davon zu bestimmen und zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung davon zu bestimmen, und einen Schaltkreis zum Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Komponente an dem Punkt, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und zum Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Tangentialbeschleunigung entstehen würden.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend, einen Schaltkreis zum Quadrieren der Drehgeschwindigkeit w der Komponente um die Drehachse und zum Multiplizieren der quadrierten Drehgeschwindigkeit mit dem Abstand r, um die Radialbeschleunigung der Komponente zu bestimmen, einen Schaltkreis zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und einen Schaltkreis zum Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Komponente an dem Punkt, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und zum Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Radialbeschleunigung entstehen würden.
System nach Anspruch 2, bei dem eine Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser einen eingeschlossenen Winkel mit der X-Achse bildet und der Schaltkreis zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, die Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit cos(eingeschlossener Winkel) und sin(eingeschlossener Winkel) multipliziert, um die X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, bei dem eine Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser einen eingeschlossenen Winkel mit der X-Achse bildet und der Schaltkreis zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, die Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit sin(eingeschlossener Winkel) und cos (eingeschlossener Winkel) multipliziert, um die X-Achsen- bzw. Y-Achsenkomponenten zu bestimmen.
Verfahren zum Erfassen der Neigung einer Komponente wie beispielsweise eines Baggerlöffels eines Baggers in einem System relativ zur Schwerkraft, wobei das System eine Plattform aufweist, die orthogonale Achsen X und Y sowie eine Z-Achse orthogonal sowohl zur X- als auch zur Y-Achse definiert, und wobei die Komponente drehbar um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse ist, umfassend die Schritte: Erfassen von Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, eines Neigungsmessers, der an der Komponente an einer Stelle mit Abstand r' von der Drehachse angebracht ist, und Bereitstellen von Neigungsmesserausgaben, die die Beschleunigung in X- und Y-Richtung angeben, Erfassen der Drehgeschwindigkeit w der Komponente um die Drehachse und Bereitstellen einer Ausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt, Ableiten der Drehgeschwindigkeit w, um die Winkelbeschleunigung der Komponente dw/dt zu bestimmen, Multiplizieren der Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, r'*(dw/dt) zu bestimmen, Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Tangentialbeschleunigung entstehen würden.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend die Schritte: Quadrieren der Drehgeschwindigkeit w der Komponente um die Drehachse und Multiplizieren der quadrierten Drehgeschwindigkeit mit dem Abstand r, um die Radialbeschleunigung der Komponente zu bestimmen, Auflösen der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Auflösen der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Radialbeschleunigung entstehen würden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem sich zwischen einer Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser und der X-Achse ein eingeschlossener Winkel bildet und die Schritte des Auflösens der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und des Auflösens der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, den Schritt des Multiplizierens der Radialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit cos(eingeschlossener Winkel) und sin(eingeschlossener Winkel) umfasst, um die X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten davon zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser und der X-Achse gebildet ist und die Schritte des Auflösens der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und des Auflösens der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, den Schritt des Multiplizierens der Tangentialbeschleunigung der Komponente an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit sin(eingeschlossener Winkel) und cos(eingeschlossener Winkel) umfasst, um die X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten davon zu bestimmen.
System zum Erfassen der Neigung einer Plattform relativ zur Schwerkraft, wobei die Plattform orthogonale Achsen X und Y sowie eine Z-Achse orthogonal sowohl zur X- als auch zur Y-Achse definiert, wobei die Plattform drehbar um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse ist, umfassend: einen Neigungsmesser, der auf dieser Plattform an einer Stelle im Abstand r von der Drehachse angebracht ist, zum Bereitstellen von Neigungsmesserausgaben, die Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, angeben, wobei eine Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser einen eingeschlossenen Winkel B mit der X-Achse bildet, einen Wendekreisel, der an der Plattform angebracht ist, zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und Bereitstellen einer Wendekreiselausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt, einen Schaltkreis zum Ableiten der Wendekreiselausgabe, um die Winkelbeschleunigung der Plattform dw/dt zu bestimmen, ein Schaltkreis zum Multiplizieren der Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, an der der Neigungsmesser angebracht ist, r*(dw/dt) zu bestimmen, einen Schaltkreis zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und einen Schaltkreis zum Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an dem Punkt, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der Beschleunigung I_x, die in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfasst wurde, und zum Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Tangentialbeschleunigung verursacht würden.
System nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen Schaltkreis zum Quadrieren der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und zum Multiplizieren der quadrierten Drehgeschwindigkeit mit dem Abstand r, um die Radialbeschleunigung der Plattform zu bestimmen, einen Schaltkreis zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und einen Schaltkreis zum Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an dem Punkt, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x und zum Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei die Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Radialbeschleunigung entstehen würden.
System nach Anspruch 10, bei dem der Schaltkreis zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, die Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit cos(B) und sin(B) mulitipliziert, um die X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten zu bestimmen.
System nach Anspruch 9, wobei der Schaltkreis zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und zum Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit sin(B) und cos(B) multipliziert, um die X-Achsen- bzw. Y-Achsenkomponenten zu bestimmen.
Verfahren zum Erfassen der Neigung einer Plattform relativ zur Schwerkraft, wobei die Plattform orthogonale Achsen X und Y sowie eine Z-Achse orthogonal sowohl zur X- als auch zur Y-Achse definiert, wobei die Plattform drehbar um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse ist, umfassend die Schritte: Erfassen von Beschleunigung in X- bzw. Y-Richtung, bezeichnet I_x bzw. I_y, eines Neigungsmessers, der an der Plattform an einer Stelle mit Abstand r von der Drehachse angebracht ist, und Bereitstellen von Neigungsmesserausgaben, die die Beschleunigung in X- und Y-Richtung angeben, Erfassen der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und Bereitstellen einer Ausgabe, die die Drehgeschwindigkeit w angibt, Ableiten der Drehgeschwindigkeit w, um die Winkelbeschleunigung der Plattform dw/dt zu bestimmen, Multiplizieren der Winkelbeschleunigung mit dem Wert r, um die Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, r*(dw/dt) zu bestimmen, Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Auflösen der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Tangentialbeschleunigung entstehen würden.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend die Schritte: Quadrieren der Drehgeschwindigkeit w der Plattform um die Drehachse und Multiplizieren der quadrierten Drehgeschwindigkeit mit dem Abstand r, um die Radialbeschleunigung der Plattform zu bestimmen, Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Auflösen der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, Subtrahieren der X-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der X-Achse erfassten Beschleunigung I_x, und Subtrahieren der Y-Achsenkomponente der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, von der in einer Richtung parallel zu der Y-Achse erfassten Beschleunigung I_y, wobei Neigungsmesserausgaben I_x und I_y auf Fehler korrigiert werden, die ansonsten durch die Radialbeschleunigung verursacht würden.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Schritte des Auflösens der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und des Auflösens der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, den Schritt des Multiplizierens der Radialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit cos(B) und sin(B) umfasst, um die X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten davon zu bestimmen, wobei der Winkel B ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser und der X-Achse ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Schritte des Auflösens der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die X-Achsenkomponente davon zu bestimmen, und des Auflösens der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, um die Y-Achsenkomponente davon zu bestimmen, den Schritt des Multiplizierens der Tangentialbeschleunigung der Plattform an der Stelle, wo der Neigungsmesser angebracht ist, mit sin(B) und cos(B) umfasst, um die X-Achsen bzw. Y-Achsenkomponenten davon zu bestimmen, wobei der Winkel B ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Linie von der Drehachse zu dem Neigungsmesser und der X-Achse ist.