DE112014000077B4

DE112014000077B4 - Steuersystem für eine Baumaschine, Baumaschine und Verfahren zum Steuern einer Baumaschine

Info

Publication number: DE112014000077B4
Application number: DE112014000077.9T
Authority: DE
Inventors: Jin Kitajima; Kazuki Takehara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: US9856628B2; CN105431597A; KR101746324B1; CN105431597B; DE112014000077T5; KR20160021073A; JP5848451B1; WO2015186180A1; US20160251835A1; JPWO2015186180A1

Abstract

Steuersystem für eine Baumaschine, umfassend eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, der relativ zu einem Fahrzeughauptkörper um eine Auslegerachse schwenkbar ist, einem Stiel, der relativ zu dem Ausleger um eine zur Auslegerachse parallele Stielachse schwenkbar ist, und einem Löffel, der relativ zu dem Stiel um eine zur Stielachse parallele Löffelachse und um eine zur Löffelachse senkrechte Kippachse schwenkbar ist, wobei das Steuersystem umfasst: eine erste Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Dimensionsdaten, enthaltend eine Dimension des Auslegers, eine Dimension des Stiels und eine Dimension des Löffels; eine zweite Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Außenformdaten des Löffels einschließlich Konturdaten einer Außenfläche des Löffels und Breitendaten des Löffels; eine dritte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Ziel-Grabgeländedaten, die ein Ziel-Grabgelände angeben, welches eine zweidimensionale Zielgestalt eines Grabobjekts in einer zur Löffelachse senkrechten Arbeitsebene der Arbeitsmaschine ist; eine vierte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Arbeitsmaschinenwinkeldaten, enthaltend Auslegerwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Auslegers um die Auslegerachse angeben, Stielwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Stiels um die Stielachse angeben, und Löffelwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Löffelachse angeben; eine fünfte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Kippwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Kippachse angeben; und eine Berechnungseinheit, die konfiguriert ist für die Ermittlung von zweidimensionalen Löffeldaten, die eine Außenform des Löffels in einer Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Dimensionsdaten, der Außenformdaten, der Arbeitsmaschinenwinkeldaten und der Kippwinkeldaten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Baumaschine, eine Baumaschine und ein Verfahren zum Steuern einer Baumaschine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Baumaschine, zum Beispiel ein Bagger, hat eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, einem Stiel und einem Löffel. Zum Steuern einer Baumaschine ist eine Grabbegrenzungssteuerung bekannt, durch welche ein Baggerlöffel auf der Basis eines Ziel-Grabgeländes, das eine Zielgestalt eines Grabobjekts darstellt, bewegt wird, wie in Patentliteratur 1 und 2 beschrieben.
ZITIERTE DOKUMENTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: WO 2012/127913 A
Patentliteratur 2: WO 2012/127914 A

ÜBERSICHT
Technisches Problem
Bei Baumaschinen sind Schwenklöffel bekannt, die geschwenkt werden können. Ändert sich der Kippwinkel eines Löffels, wenn der Löffel geschwenkt wird, lässt sich die Position der Schneidkante des Löffels nicht präzise ermitteln, wodurch die Genauigkeit beim Baggern herabgesetzt und das Grabprojekt gegebenenfalls nicht in der erwarteten Weise ausgeführt wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zielt auf die Bereitstellung eines Steuersystems für eine Baumaschine, auf die Bereitstellung einer Baumaschine und eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine, das eine Verschlechterung der Baggergenauigkeit auch bei Verwendung eines Schwenklöffels verhindern kann.
Problemlösung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuersystem für eine Baumaschine mit einer Arbeitsmaschine, die einen Ausleger hat, der relativ zu einem Fahrzeughauptkörper um eine Auslegerachse schwenkbar ist, einen Stiel, der relativ zu dem Ausleger um eine zur Auslegerachse parallele Stielachse schwenkbar ist, und einen Löffel, der relativ zu dem Stiel um eine zur Stielachse parallele Löffelachse und um eine zur Löffelachse senkrechte Neigungsachse schwenkbar ist, wobei das Steuersystem umfasst: eine erste Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Dimensionsdaten einschließlich einer Dimension des Auslegers, einer Dimension des Stiels und einer Dimension des Löffels; eine zweite Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Außenformdaten des Löffels; eine dritte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Ziel-Grabgeländedaten, die ein Ziel-Grabgelände angeben, das eine zweidimensionale Zielgestalt eines Grabobjekts auf einer zur Löffelachse senkrechten Arbeitsebene der Arbeitsmaschine ist; eine vierte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Arbeitsmaschinen-Winkeldaten einschließlich Auslegerwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Auslegers um die Auslegerachse angeben, Stielwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Stiels um die Stielachse angeben, und Löffelwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Löffelachse angegeben; eine fünfte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Kippwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Neigungsachse angeben; und eine Berechnungseinheit, die konfiguriert ist für die Ermittlung von zweidimensionalen Löffeldaten, die eine Außenform des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Dimensionsdaten, der Außenformdaten, der Arbeitsmaschinen-Winkeldaten und der Kippwinkeldaten.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die Außenformdaten des Löffels erste Konturdaten des Löffels an einem Ende in einer Breitenrichtung des Löffels und zweite Konturdaten des Löffels an einem anderen Ende in der Breitenrichtung des Löffels enthalten und dass die Berechnungseinheit zweidimensionale Löffeldaten auf der Basis der ersten Konturdaten, einer Position der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine und einer Position der Schneidkante des Löffels ermittelt.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die Berechnungseinheit eine relative Position zwischen dem Ziel-Grabgelände (kann auch als Ziel-Aushubgelände bezeichnet werden) und dem Löffel auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten, der eine aktuelle Position des Fahrzeughauptkörpers angebenden Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten und der eine Stellung des Fahrzeughauptkörpers angebenden Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die dritte Erfassungseinheit eine Ziel-Konstruktionsinformation erfasst, die das Ziel-Grabgelände enthält und ein dreidimensionales Geländemodell angibt, welches die dreidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts (oder Aushubobjekt) ist, dass die Berechnungseinheit auf der Basis der Arbeitsmaschinen-Winkeldaten, der Kippwinkeldaten, der Hauptfahrzeugkörper-Positionsdaten, der Hauptfahrzeugkörper-Stellungsdaten und der Außenformdaten des Löffels von einer Vielzahl von Messpunkten, die an einem vorderen Endbereich des Löffels und an einer Außenfläche des Löffels festgelegt sind, einen nächsten Punkt ermittelt, der am nächsten zu der Oberfläche des dreidimensionalen Geländemodells gelegen ist, und dass die Arbeitsebene der Arbeitsmaschine durch diesen nächsten Punkt verläuft.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass das Steuersystem für eine Baumaschine ferner eine Arbeitsmaschinen-Steuereinheit umfasst, die konfiguriert ist für die Steuerung der Arbeitsmaschine auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die zweidimensionalen Löffeldaten Löffelpositionsdaten enthalten, die eine aktuelle Position des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, und dass die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten und der Löffelpositionsdaten entsprechend einem Abstand zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel eine Grenzgeschwindigkeit bestimmt und eine Geschwindigkeit des Auslegers in einer Richtung, in der sich die Arbeitsmaschine auf das Ziel-Grabgelände bewegt, derart begrenzt, dass diese gleich der oder kleiner als die Grenzgeschwindigkeit ist.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die zweidimensionalen Löffeldaten Löffelpositionsdaten enthalten, die eine aktuelle Position des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, und dass das Steuersystem ferner eine Displayeinheit umfasst, die konfiguriert ist für die Anzeige der Daten des Ziel-Grabgeländes und der Positionsdaten des Löffels.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Baumaschine einen unteren Fahrkörper, einen auf dem unteren Fahrkörper getragenen oberen Drehkörper, eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, einem Stiel und einem Löffel, und ist durch den oberen Drehkörper gestützt, und das Steuersystem.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuerverfahren zum Steuern einer Baumaschine mit einer Arbeitsmaschine, die einen Ausleger hat, der relativ zu einem Fahrzeughauptkörper um eine Auslegerachse schwenkbar ist, einen Stiel, der relativ zu dem Ausleger um eine zur Auslegerachse parallele Stielachse schwenkbar ist, und einen Löffel, der relativ zu dem Stiel um eine zur Stielachse parallele Löffelachse und um eine zur Löffelachse senkrechte Neigungsachse schwenkbar ist, wobei das Verfahren umfasst: das Erfassen von Dimensionsdaten, die eine Dimension des Auslegers, eine Dimension des Stiels und eine Dimension des Löffels enthalten; das Erfassen von Außenformdaten des Löffels; das Erfassen von Arbeitsmaschinen-Winkeldaten, die einen Drehwinkel des Auslegers um die Auslegerachse angebende Auslegerwinkeldaten, einen Drehwinkel des Stiels um die Stielachse angebende Stielwinkeldaten und einen Drehwinkel des Löffels um die Löffelachse angebende Löffelwinkeldaten enthalten; das Erfassen von Kippwinkeldaten, die einen Kippwinkel des Löffels um die Neigungsachse angeben; das Spezifizieren von Ziel-Grabgeländedaten, die ein Ziel-Grabgelände angeben, das eine zweidimensionale Zielgestalt eines Grabobjekts in einer zur Löffelachse senkrechten Arbeitsebene der Arbeitsmaschine ist; das Ermitteln von zweidimensionalen Löffeldaten, die eine Außenform des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Dimensionsdaten, der Außenformdaten, der Arbeitsmaschinen-Winkeldaten und der Kippwinkeldaten; und das Steuern der Arbeitsmaschine auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verschlechterung der Baggergenauigkeit verhindert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer Baumaschine;
2 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Beispiels eines Löffels;
3 ist eine Vorderansicht eines Beispiels eines Löffels;
4 ist eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel der Baumaschine zeigt;
5 ist eine Rückansicht, die schematisch ein Beispiel der Baumaschine zeigt;
6 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel der Baumaschine von oben zeigt;
7 ist eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel eines Löffels zeigt;
8 ist eine Vorderansicht, die schematisch ein Beispiel eines Löffels zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel eines Steuersystems zeigt;
10 zeigt schematisch ein Beispiel eines Hydraulikzylinders;
11 zeigt schematisch ein Beispiel eines Hubsensors;
12 zeigt schematisch ein Beispiel zur Erläuterung einer Grabbegrenzungssteuerung;
13 zeigt schematisch ein Beispiel eines Hydrauliksystems;
14 zeigt schematisch ein Beispiel des Hydrauliksystems;
15 zeigt schematisch ein Beispiel des Hydrauliksystems;
16 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine;
17A ist ein Funktionsblockdiagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Steuersystems;
17B ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel eines Steuersystems zeigt;
18 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
19 zeigt schematisch ein Beispiel des Löffels;
20 zeigt schematisch ein Beispiel des Löffels;
21 zeigt schematisch ein Beispiel des Löffels;
22 zeigt schematisch ein Beispiel des Löffels;
23 zeigt schematisch ein Beispiel einer Arbeitsmaschine;
24 zeigt schematisch ein Beispiel des Löffels;
25 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine;
26 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
27 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
28 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
29 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
30 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
31 ist ein Graph zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
32 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
33 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
34 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Grabbegrenzungssteuerung;
35 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine;
36 zeigt schematisch ein Beispiel einer Displayeinheit;
37 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine;
38 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine;
39 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine;
40 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern einer Baumaschine.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Komponenten in den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können, soweit erforderlich, kombiniert oder auch weggelassen werden.
In der nachstehenden Beschreibung werden ein globales Koordinatensystem und eine lokales Koordinatensystem festgelegt, und das Positionsverhältnis der jeweiligen Komponenten wird mit Bezug auf die Koordinatensysteme beschrieben. Das globale Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das auf dem Ursprung Pr (siehe 4) basiert, der erdfest ist. Das lokale Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das auf einem Ursprung PO (siehe 4) basiert, der an einem Fahrzeughauptkörper 1 einer Baumaschine CM fixiert ist. Das lokale Koordinatensystem kann als Fahrzeugkörper-Hauptkoordinate bezeichnet werden.
In der nachstehenden Beschreibung ist das globale Koordinatensystem als kartesisches Koordinatensystem XgYgZg angegeben. Wie später noch beschrieben wird, liegt die Referenzposition (der Ursprung) Pg des globalen Koordinatensystems innerhalb eines Arbeitsbereichs. Eine Richtung in einer horizontalen Ebene wird als Xg-Achsenrichtung bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur Richtung der Xg-Achse in der horizontalen Ebene wird als Yg-Achsenrichtung bezeichnet, und eine Richtung senkrecht zur Richtung der Xg-Achse und Yg-Achse wird als Zg-Achsenrichtung bezeichnet. Ferner werden die Drehrichtungen (Neigungsrichtungen) um die Xg-Achse, Yg-Achse und Zg-Achse jeweils als θXg-Richtung, θYg-Richtung und θZg-Richtung bezeichnet. Die Xg-Achse steht senkrecht auf einer YgZg-Ebene. Die Yg-Achse steht senkrecht auf einer YgZg-Ebene. Die Yd-Achse steht senkrecht auf einer XgZg-Ebene. Die XgYg-Ebene liegt parallel zur horizontalen Ebene. Die Richtung der Zg-Achse ist die vertikale Richtung.
In der nachstehenden Beschreibung ist das lokale Koordinatensystem als kartesisches Koordinatensystem XYZ angegeben. Wie später noch beschrieben wird, liegt die Referenzposition (der Ursprung) P0 des lokalen Koordinatensystems in der Mitte eines Drehkörpers 3. Eine Richtung in einer Ebene wird als X-Achsenrichtung bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zu Richtung der X-Achse in der Ebene wird als Y-Achsenrichtung bezeichnet, und eine Richtung senkrecht zur Richtung der X-Achse und der Y-Achse wird als Z-Achsenrichtung bezeichnet. Ferner werden die Drehrichtungen (Neigungsrichtungen) um die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse jeweils als θX-Richtung, θY-Richtung und θZ-Richtung bezeichnet. Die X-Achse steht senkrecht auf der YZ-Ebene. Die Y-Achse steht senkrecht auf der XZ-Ebene. Die Z-Achse steht senkrecht auf der XY-Ebene.
[Gesamtkonstruktion des Baggers]
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Baumaschine CM gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei in der Ausführungsform als Beispiel einer Baumaschine CM ein Bagger CM beschrieben wird, der mit einer hydraulisch betätigten Arbeitsmaschine 2 ausgestattet ist.
Wie 1 zeigt, hat der Bagger CM einen Fahrzeughauptkörper 1 und eine Arbeitsmaschine 2. Wie später beschrieben wird, ist an dem Bagger CM ein Steuersystem 200 montiert, das für die Ausführung einer Grabsteuerung (oder Aushubsteuerung) konfiguriert ist.
Der Fahrzeughauptkörper 1 hat einen Drehkörper 3, eine Kabine 4 und eine Fahrvorrichtung 5. Der Drehkörper 3 ist auf der Fahrvorrichtung 5 angeordnet. Die Fahrvorrichtung 5 stützt den Drehkörper 3. Der Drehkörper 3 kann als oberer Drehkörper 3 bezeichnet werden. Die Fahrvorrichtung 5 kann als unterer Fahrkörper 5 bezeichnet werden. Der Drehkörper 3 kann um eine Schwenkachse AX geschwenkt werden. In der Kabine befindet sich ein Fahrersitz 4S für den Fahrzeugführer in der Kabine 4, der den Bagger CM bedient. Die Fahrvorrichtung 5 hat eine Raupenkettenpaar 5Cr. Der Bagger CM bewegt sich durch die Drehung der Raupenketten 5Cr. Wahlweise kann die Fahrvorrichtung 5 Räder (Reifen) aufweisen.
Das Positionsverhältnis der jeweiligen Komponenten in der vorliegenden Ausführungsform wird ausgehend von dem Fahrersitz 4S beschrieben. Eine Vorwärts-Rückwärts-Richtung bezieht sich von dem Fahrersitz 4S aus gesehenen auf eine Richtung nach vorne und nach hinten. Eine Links-Rechts-Richtung bezieht sich von dem Fahrersitz 4S aus gesehen auf eine Richtung nach links und nach rechts. Die Links-Rechts-Richtung entspricht der Breitenrichtung des Fahrzeugs. Die von dem Fahrersitz 4S aus nach vorne ist die Vorwärtsrichtung und die entgegengesetzte Richtung die Rückwärtsrichtung. Die seitlichen Richtungen nach rechts und nach links sind bei Blickrichtung von dem Fahrersitz 4S nach vorne jeweils die Rechtsrichtung und die Linksrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorwärts-Rückwärts-Richtung die X-Achsenrichtung, und die Links-Rechts-Richtung ist die Y-Achsenrichtung. Die Richtung, in der der Fahrersitz 4S nach vorne weist, ist die die Richtung nach vorne (+X-Richtung), und die entgegengesetzte Richtung ist die Richtung nach hinten (–X-Richtung). Wenn der Fahrersitz 4S nach vorne gerichtet ist, ist die eine Richtung die Richtung nach rechts (+Y-Richtung), und die andere Richtung in der Fahrzeugbreitenrichtung ist die Richtung nach links (–Y-Richtung).
Der Drehkörper 3 hat einen Antriebsmaschinenraum 9, in dem eine Antriebsmaschine untergebracht ist, und ein Gegengewicht, das hinter dem Drehkörper 3 angeordnet ist. Der Drehkörper 3 ist vor dem Antriebsmaschinenraum 9 mit einem Geländer 19 versehen. In dem Antriebsmaschinenraum 9 befinden sich die Antriebsmaschine, eine Hydraulikpumpe etc.
Die Arbeitsmaschine 2 ist mit dem Drehkörper 3 verbunden und hat einen Ausleger 6, der über einen Auslegerbolzen 13 mit dem Drehkörper 3 verbunden ist, einen Stiel 7, der über einen Stielbolzen 14 mit dem Ausleger 6 verbunden ist, einen Löffel 8, der über einen Löffelbolzen 15 und einen Kippbolzen 80 mit dem Stiel 7 verbunden ist, einen Auslegerzylinder 10 für den Antrieb des Auslegers 6, einen Stielzylinder 11 für den Antrieb des Stiels 7 und einen Löffelzylinder 12 und einen Kippzylinder 30 für den Antrieb des Löffels 8. Es sind ein unterer Endbereich (Auslegerfuß) des Auslegers 6 und der Drehkörper 3, ein vorderer Endbereich (Auslegerspitze) des Auslegers 6 und ein unterer Endbereich (Stielfuß) des Stiels 7 und ein vorderer Endbereich (Stielspitze) des Stiels 7 und ein unterer Endbereich des Löffels 8 verbunden. Der Auslegerzylinder 10, der Stielzylinder 11, der Löffelzylinder 12 und der Kippzylinder 30 sind durch Hydrauliköl angesteuerte Zylinder.
Die Arbeitsmaschine 2 hat einen ersten Hubsensor 16, der an dem Auslegerzylinder 10 angeordnet ist und konfiguriert ist für die Detektion einer Hublänge des Auslegerzylinders 10, einen zweiten Hubsensor 17, der an dem Stielzylinder 11 angeordnet ist und konfiguriert ist für die Detektion einer Hublänge des Stielzylinders 11, und einen dritten Hubsensor 18, der an dem Löffelzylinder 12 angeordnet ist und konfiguriert ist für die Detektion einer Hublänge des Löffelzylinders 12.
Der Ausleger 6 kann sich relativ zu dem Drehkörper 3 um eine Auslegerachse J1 drehen, welche eine Drehachse ist. Der Stiel 7 kann sich relativ zu dem Ausleger 6 um eine Stielachse J2 drehen, welche eine zur Auslegerachse J1 parallele Drehachse ist. Der Löffel 8 kann sich relativ zu dem Stiel 7 um eine Löffelachse J3, welche eine zur Auslegerachse J1 parallele Achse ist, und um die Stielachse J2 drehen. Der Auslegerbolzen 13 hat die Auslegerachse J1. Der Stielbolzen 14 hat die Stielachse J2. Der Löffelbolzen 15 hat die Löffelachse J3. Der Kippbolzen 80 hat die Neigungsachse J4.
In der vorliegenden Ausführungsform liegen die Auslegerachse J1, die Stielachse J2 und die Löffelachse J3 parallel zur Y-Achse. Der Ausleger 6, der Stiel 7 und der Löffel 8 können sich in der θ-Richtung drehen. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die XZ-Ebene eine sogenannte vertikale Drehebene des Auslegers 6 und des Stiels 7.
In der folgenden Beschreibung wird die Hublänge des Auslegerzylinders 10 als Auslegerzylinderlänge oder, wenn zutreffend, als Auslegerhub bezeichnet. Die Hublänge des Stielzylinders 11 wird als Stielzylinderlänge oder, wenn zutreffend, als Stielhub bezeichnet. Die Hublänge des Löffelzylinders 12 wird als Löffelzylinderlänge oder, wenn zutreffend, als Löffelhub bezeichnet, und die Hublänge des Kippzylinders 30 wird als Kippzylinderlänge bezeichnet, wenn zutreffend. Ferner werden in der nachstehenden Beschreibung die Auslegerzylinderlänge, die Stielzylinderlänge, die Löffelzylinderlänge und die Kippzylinderlänge kollektiv als Zylinderlängendaten L bezeichnet, wenn zutreffend.
[Löffel]
Es folgt die Beschreibung des Löffels 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Beispiels des Löffels 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 3 zeigt in einer Vorderansicht ein Beispiel des Löffels 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Löffel 8 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Schwenklöffel.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, hat die Arbeitsmaschine 2 einen Löffel 8, der sich relativ zu dem Stiel 7 um die Löffelachse J3 und die zur Löffelachse J3 senkrechte Neigungsachse J4 drehen kann. Der Löffel 8 ist durch den Stiel 7 in einer Weise gehalten, dass der Löffel sich um den Löffelbolzen 15 (Löffelachse J3) drehen kann. Der Löffel 8 ist ferner durch den Stiel 7 in einer Weise gehalten, dass der Löffel sich um den Kippbolzen 80 (Neigungsachse J4) drehen kann. Die Löffelachse J3 und die Neigungsachse J4 stehen senkrecht zueinander. Der Löffel 8 ist durch den Stiel 7 in einer Weise gestützt, dass sich der Löffel um die Löffelachse J3 und um die zur Löffelachse J3 senkechte Neigungsachse J4 drehen kann.
Der Löffel 8 ist mittels eines Verbindungselements (Unterrahmen) 90 mit dem vorderen Ende des Stiels 7 verbunden. Der Löffelbolzen 15 verbindet den Stiel 7 und das Verbindungselement 90. Der Kippbolzen 80 verbindet das Verbindungselement 90 und den Löffel 8. Der Löffel 8 ist mittels des Verbindungselements 90 mit dem Stiel 7 drehbar verbunden.
Der Löffel 8 hat eine Bodenplatte 81, eine Rückplatte 82, einer obere Platte 83, eine Seitenplatte 84 und eine Seitenplatte 85. Die Bodenplatte 81, die obere Platte 83, die Seitenplatte 84 und die Seitenplatte 85 definieren eine Öffnung 86 des Löffels 8.
Der Löffel 8 hat Halterungen 87, die über der oberen Platte 83 vorgesehen sind. Die Halterungen 87 sind an vorderen und hinteren Positionen der oberen Platte 83 vorgesehen. Die Halterungen 87 sind mit dem Verbindungselement 90 und dem Kippbolzen 80 verbunden.
Das Verbindungselement 90 hat ein Plattenelement 91, an einer Oberfläche des Plattenelements 91 vorgesehene Halterungen 92 und an einer Unterfläche des Plattenelements 91 vorgesehene Halterungen 93. Die Halterungen 92 sind mit dem Stiel 7 und mit einem zweiten Anlenkbolzen 95 verbunden, wie später noch beschrieben wird. Die Halterungen 93 sind über den Halterungen 87 vorgesehen und mit dem Kippbolzen 80 und den Halterungen 87 verbunden.
Der Löffelbolzen 15 verbindet die Halterungen 92 des Verbindungselements 90 und den vorderen Endbereich des Stiels 7. Der Kippbolzen 80 verbindet die Halterungen 93 des Verbindungselements 90 und die Halterungen 87 des Löffels 8. Dies ermöglicht eine Drehung des Verbindungselements 90 und des Löffels 8 relative zu dem Stiel 7 um die Löffelachse J3 und eine Drehung des Löffels 8 relativ zu dem Verbindungselement 90 um eine Neigungsachse J4.
Die Arbeitsmaschine 2 hat ein erstes Verbindungselement 94, das mittels eines ersten Anlenkbolzens 94P mit dem Stiel 7 drehbar verbunden ist, und ein zweites Verbindungselement 95, das mittels des zweiten Anlenkbolzens 95P mit den Halterungen 92 drehbar verbunden ist. Ein unterer Endbereich des ersten Verbindungselements 94 ist mittels des ersten Anlenkbolzens 94P mit dem Stiel 7 verbunden. Ein unterer Endbereich des zweiten Verbindungselements 95 ist über den zweiten Anlenkbolzen 95P mit den Halterungen 92 verbunden. Ein vorderer Endbereich des ersten Verbindungselements 94 und ein vorderer Endbereich des zweiten Verbindungselements 95 sind mit einem oberen Löffelzylinderbolzen 96 verbunden.
Ein vorderer Endbereich des Löffelzylinders 12 ist mittels des oberen Löffelzylinderbolzens 96 mit einem vorderen Endbereich des ersten Verbindungselements 94 und einem vorderen Endbereich des zweiten Verbindungselements 95 drehbar verbunden. Wenn der Löffelzylinder 12 im Einsatz ist, um auszufahren und einzufahren, dreht sich das Verbindungselement 90 zusammen mit dem Löffel 8 um die Löffelachse J3.
Der Kippzylinder 30 ist mit Halterungen 97 verbunden, die an dem Verbindungselement 90 und an Halterungen 88 an dem Löffel 8 vorgesehen sind. Eine Stange des Kippzylinders 30 ist mittels eines Bolzens mit den Halterungen 97 verbunden. Ein Körperbereich des Kippzylinders ist mittels eines Bolzens 88 mit den Halterungen 88 verbunden. Wenn der Löffelzylinder 30 im Einsatz ist, um auszufahren und einzufahren, dreht sich der Löffel um die Neigungsachse J4.
Auf diese Weise dreht sich der Löffel 8 durch den Betrieb des Löffelzylinders 12 um die Löffelachse J3. Der Löffel 8 dreht sich durch den Betrieb des Kippzylinders 30 um die Neigungsachse j4. In der vorliegenden Ausführungsform dreht (neigt) sich der Kippbolzen 80 (Neigungsachse J4) infolge der Drehung des Löffels 8 um die Löffelachse J3 zusammen mit dem Löffel 8.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Arbeitsmaschine 2 einen Kippwinkelsensor 70, der konfiguriert ist für die Erfassung von Kippwinkeldaten, die einen Drehwinkel δ des Löffels 8 um die Neigungsachse J4 angeben. Der Kippwinkelsensor 70 detektiert einen Kippwinkel (Drehwinkel) des Löffels relativ zu horizontalen Ebene des globalen Koordinatensystems. Der Kippwinkelsensor 70 ist ein sogenannter Zweiachsen-Winkelsensor und detektiert Kippwinkel bezüglich zweier Richtungen der θXg-Richtung und der θYg-Richtung, die später erläutert werden. Der Kippwinkelsensor 70 ist zumindest an einem Teil des Löffels 8 vorgesehen. Ein Kippwinkel in dem globalen Koordinatensystem wird auf der Basis eines Detektionsergebnisses eines Neigungssensors 24 in einen Kippwinkel δ in dem lokalen Koordinatensystem umgerechnet.
Es ist zu beachten, dass der Löffel 8 nicht auf jenen der vorliegenden Ausführungsform beschränkt ist. Es kann ein Verfahren für eine beliebige Einstellung der Neigungswinkel (Kippwinkel) des Löffels 8 angewendet werden. Zusätzlich kann eine weitere Achse für die Neigungswinkel verwendet werden.
[Konstruktion des Baggers]
4 ist eine Seitenansicht, in der der Bagger CM gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch dargestellt ist. 5 ist eine schematische Rückansicht des Baggers CM gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 6 ist eine schematische Darstellung des Baggers CM gemäß der vorliegenden Ausführungsform von oben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Entfernung L1 zwischen der Auslegerachse J1 und der Stielachse J2 als Auslegerlänge L1 bezeichnet. Eine Entfernung 12 zwischen der Stielachse J2 und der Löffelachse J3 wird als Stiellänge L2 bezeichnet. Eine Entfernung 13 zwischen der Löffelachse J3 und einem vorderen Endbereich 8a des Löffels 8 wird als Löffellänge L3 bezeichnet.
Der vordere Endbereich des Löffels 8 enthält einen vorderen Endbereich einer Schneide des Löffels 8. In der vorliegenden Ausführungsform ist der vordere Endbereich der Schneide des Löffels 8 gerade. Wahlweise kann der Löffel 8 mehrere spitz zulaufende Schneiden aufweisen. in der nachstehenden Beschreibung wird der vordere Endbereich 8a des Löffels 8 als Schneidkante 8a bezeichnet.
Der Bagger CM hat einen Winkeldetektor 22, der konfiguriert ist für die Detektion von Winkeln der Arbeitsmaschine 2. Der Winkeldetektor 22 erfasst Arbeitsmaschinen-Winkeldaten einschließlich Auslegerwinkeldaten, die einen Drehwinkel α des Auslegers 6 um die Auslegerachse J1 angeben, Stielwinkeldaten, die einen Drehwinkel β des Stiels 7 um die Stielachse J2 angeben, und Löffelwinkeldaten, die einen Drehwinkel γ des Löffels 8 um die Löffelachse J3 angeben. In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Auslegerwinkel (Drehwinkel) α den Neigungswinkel des Auslegers 6 relativ zu einer zur z-Achse des lokalen Koordinatensystems parallelen Achse. Der Stielwinkel (Drehwinkel) β enthält den Neigungswinkel des Stiels 7 relativ zu dem Ausleger 6. Der Löffelwinkel (Drehwinkel) γ enthält den Neigungswinkel des Löffels 8 relativ zu dem Stiel 7.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Winkeldetektor 22 den ersten Hubsensor 16, der an dem Auslegerzylinder 10 angeordnet ist, den zweiten Hubsensor 17, der an dem Stielzylinder 11 angeordnet ist, und den dritten Hubsensor 18, der an dem Löffelzylinder 12 angeordnet ist. Die Auslegerzylinderlänge wird auf der Basis des Detektionsergebnisses des ersten Hubsensors 16 ermittelt. Die Stielzylinderlänge wird auf der Basis des Detektionsergebnisses des zweiten Hubsensors 17 ermittelt. Die Löffelzylinderlänge wird durch das Detektionsergebnis des dritten Hubsensors 18 ermittelt. In der vorliegenden Ausführungsform erlaubt die Detektion der Auslegerzylinderlänge durch den ersten Hubsensor 16 das Ableiten oder Berechnen des Auslegerwinkels α. Die Detektion der Stielzylinderlänge durch die den zweiten Hubsensor 17 erlaubt das Ableiten oder Berechnen des Stielwinkels β. Die Detektion der Löffelzylinderlänge durch den dritten Hubsensor 18 erlaubt das Ableiten oder Berechnen des Löffelwinkels γ.
Der Bagger CM enthält einen Positionsdetektor 20, der geeignet ist für die Erfassung des Fahrzeughauptköper-Positionsdaten P, die eine aktuelle Position des Fahrzeughauptkörpers 1 angeben, und von Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q, die eine Stellung des Fahrzeughauptkörpers 1 angeben. Die aktuelle Position des Fahrzeughauptkörpers 1 enthält aktuelle Positionen (Xg-Position, Yg-Position und Zg-Position) des Fahrzeughauptkörpers 1 in dem globalen Koordinatensystem. Die Stellung des Fahrzeughauptkörpers 1 enthält Positionen des Drehkörpers 3 in der θXg-Richtung, in der θYg-Richtung und in der θZg-Richtung. Die Stellung des Fahrzeughauptkörpers 1 enthält einen Neigungswinkel (Querneigungswinkel) θ1 relativ zur horizontalen Ebene des Drehkörpers 3 in dessen Richtung nach links und nach rechts, einen Neigungswinkel (Längsneigungswinkel) θ2 relativ zur horizontalen Ebene des Drehkörpers 3 in dessen Richtung nach vorne und nach hinten und einen Winel (Gierwinkel) θ3 zwischen einer Referenzrichtung (z. B. Nord) des globalen Koordinatensystems und der Richtung, in welche die Richtung weist, in die der Drehkörper 3 (Arbeitsmaschine 2) zeigt.
Der Positionsdetektor 20 hat eine Antenne 21, einen Positionssensor 23 und den Neigungssensor 24. Die Antenne 21 ist eine Antenne zum Detektieren einer aktuellen Position des Fahrzeughauptkörpers 1. Die Antenne 21 ist eine GNSS-Antenne (GNSS = Globales Navigationssatellitensystem). Die Antenne 21 ist eine RTK-GNSS-Antenne (RTK-GNSS = Globales Navigationssatellitensystem mit Echtzeitkinematik). Die Antenne 21 ist an dem Drehkörper 3 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Antenne 21 an dem Geländer 19 der Drehkörpers 3 vorgesehen. Wahlweise kann die Antenne 21 hinter dem Antriebsmaschinenraum 9 vorgesehen sein. Zum Beispiel kann die Antenne 21 an dem Gegengewicht des Drehkörpers 3 vorgesehen sein. Die Antenne 21 sendet entsprechend den empfangenen Funkwellen (GNSS-Funkwelle) ein Signal an den Positionssensor 23.
Der Positionssensor 23 enthält einen dreidimensionalen Positionssensor und eine Globalkoordinaten-Berechnungseinheit und detektiert eine Einbauposition Pr der Antenne 21 in dem globalen Koordinatensystem. Das globale Koordinatensystem ist ein dreidimensionales Koordinatensystem, das auf der in dem Arbeitsbereich positionierten Referenzposition Pg basiert. In 4 ist gezeigt, dass die Referenzposition Pg in der vorliegenden Ausführungsform eine Position einer Spitze einer Ausrichtungsmarkierung ist, die in dem Arbeitsbereich festgelegt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Antenne 21 eine erste Antenne 21A und einen zweite Antenne 21B, die mit einem Abstand zwischen sich in der Y-Achsenrichtung des lokalen Koordinatensystems (in der Fahrzeugbreitenrichtung des Drehkörpers 3) an dem Drehkörper 3 vorgesehen sind. Der Positionssensor 23 detektiert eine Installationsposition Pra der ersten Antenne 21 und eine Installationsposition Prb der zweiten Antenne 21B.
Der Positionsdetektor 20 erfasst die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und die Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q in Globalkoordinaten mittels des Positionssensors 23. Die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P sind Daten, die die Referenzposition PO an der Schwenkachse (Schwenkmitte) AX des Drehkörpers 3 angeben. Wahlweise können die Referenzpositionsdaten P Daten sein, die die Installationsposition Pr angeben. Der Positionsdetektor 20 erfasst die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P, die die Referenzposition PO enthalten. Außerdem erfasst der Positionsdetektor 20 die Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q auf der Basis der beiden Installationspositionen Pra und Prb. Die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten Q werden bestimmt auf der Basis eines Winkels einer Linie, die durch die Installationsposition Pra und die Installationsposition Prb bezüglich der Referenzrichtung (z. B. Nord des globalen Koordinatensystems bestimmt wird. Die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten Q geben eine Richtung an, in der Drehkörper 3 (die Arbeitsmaschine 2) weist.
Der Neigungssensor 24 ist an dem Drehkörper 3 vorgesehen. Der Neigungssensor 24 enthält eine IMU (inertiale Messeinheit). Der Neigungssensor ist an einem unteren Bereich der Kabine befestigt. In dem Drehkörper 3 ist ein steifer Rahmen an dem unteren Bereich der Kabine 4 angeordnet. Wahlweise kann der Neigungssensor 24 auf einer Seite (rechte Seite oder linke Seite) der Drehachse AX (Referenzposition P2) des Drehkörpers 3 vorgesehen sein. Der Neigungssensor 24 ist an dem Rahmen angeordnet. Der Positionsdetektor 20 erfasst die Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q, die den Querneigungswinkel θ1 und den Längsneigungswinkel θ2 enthalten, unter Verwendung des Neigungssensors 24.
7 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Löffel 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 8 ist eine schematische Vorderansicht des Löffels 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Entfernung 14 zwischen der Löffelachse J3 und der Kippachse J4 als eine Kipplänge L4 bezeichnet. Eine Entfernung 15 zwischen der Seitenplatte 84 und der Seitenplatte 85 wird als Breitendimension 15 des Löffels 8 bezeichnet. Der Kippwinkel θ ist ein Neigungswinkel des Löffels 8 bezüglich der XY-Ebene. Die Kippwinkeldaten, die den Kippwinkel θ angeben, werden von dem Detektionsergebnis des Kippwinkelsensors 70 abgeleitet. Ein Kippachsenwinkel ε ist ein Neigungswinkel der Kippachse J4 (Kippbolzen 80) bezüglich der XY-Ebene. Die Kippwinkeldaten, die den Kippachsenwinkel ε angeben, werden von dem Detektionsergebnis des Winkeldetektors 22 abgeleitet.
Wenngleich die Kippwinkeldaten in der vorliegenden Ausführungsform aus dem Detektionsergebnis des Winkeldetektors 22 ermittelt werden, kann der Kippwinkel des Löffels 8 wahlweise zum Beispiel aus dem Ergebnis der Detektion der Hublänge des Kippzylinders 30 (Kippzylinderlänge) berechnet werden.
[Konfiguration des Steuersystems]
Im Folgenden wird das Steuersystem 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Überblick beschrieben. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Funktionen des Steuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Das Steuersystem 200 steuert einen Grabvorgang (oder Aushubvorgang) unter Einsatz der Arbeitsmaschine 2. Die Steuerung eines Grabvorgangs enthält eine Grabbegrenzungssteuerung. Wie 9 zeigt, enthält das Steuersystem 200 den Positionsdetektor 20, den Winkeldetektor 22, den Kippwinkelsensor 70, eine Bedienvorrichtung 25, eine Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26, einen Drucksensor 66, ein Steuerventil 27, ein Richtungssteuerungsventil 64, eine Display-Steuereinheit 28, eine Displayeinheit 29, eine Eingabeeinheit 36, eine Sensor-Steuereinheit 32, eine Pumpen-Steuereinheit 34 und die IMU 24.
Die Displayeinheit 29 zeigt vorgegebenen Information(en) an, wie zum Beispiel ein Ziel-Grabgelände eines Grabobjekts unter der Steuerung durch die Display-Steuereinheit 28. Die Eingabeeinheit 36 ist ein Touch Panel oder dergleichen, über welches Eingaben in die Displayeinheit erfolgen können und welches zu diesem Zweck von der Bedienungsperson bedient wird. Infolge dieser Bedienung durch die Bedienungsperson erzeugt die Eingabeeinheit 36 ein Bediensignal auf der Basis der Bedienung und gibt das Bediensignal an die Display-Steuereinheit 28 aus.
Die Bedienvorrichtung 25 ist in der Kabine 4 angeordnet. Die Bedienvorrichtung 25 wird von der Bedienungsperson bedient, um die Arbeitsmaschine 2 anzusteuern. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bedienvorrichtung 25 eine durch Vorsteuerdruck betätigte hydraulische Bedienvorrichtung.
In der nachstehend Beschreibung wird das Öl, das den Hydraulikzylindern (dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11, dem Löffelzylinder 12 und dem Kippzylinder 13) zugeleitet wird, um diese Zylinder in Betrieb zu setzen, als Hydrauliköl bezeichnet, sofern zutreffend. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Einstellung der den Hydraulikzylindern zuzuführenden Hydraulikölmenge durch das Richtungssteuerungsventil 64. Das Richtungssteuerungsventil 64 arbeitet durch das zugeführte Öl. In der nachstehenden Beschreibung wird das Öl, das dem Richtungssteuerungsventil 64 für dessen Betrieb zugeleitet wird, als Vorsteueröl bezeichnet, sofern zutreffend. Ferner wird der Druck des Vorsteueröls als Vorsteuerdruck bezeichnet, sofern zutreffend.
Das Hydrauliköl und das Vorsteueröl können von nur einer Hydraulikpumpe geliefert werden. Zum Beispiel kann ein Teil des Hydrauliköls, das von der Hydraulikpumpe geliefert wird, durch ein Druckminderungsventil im Druck gemindert werden, und das Hydrauliköl, dessen Druck gemindert wurde, kann als Vorsteueröl verwendet werden. Wahlweise können eine Hydraulikpumpe (Haupthydraulikpumpe) zum Liefern des Hydrauliköls und eine Hydraulikpumpe (Vorsteuerhydraulikpumpe) zum Liefern des Vorsteueröls als getrennte Hydraulikpumpen vorgesehen sein.
Die Bedienvorrichtung 25 enthält einen ersten Bedienhebel 25R, einen zweiten Bedienhebel 25L und einen dritten Bedienhebel 25P. Der erste Bedienhebel 25R ist zum Beispiel auf der rechten Seite des Fahrersitzes 4S angeordnet. Der zweite Bedienhebel 25L ist zum Beispiel auf der linken Seite des Fahrersitzes 4S angeordnet. Der dritte Bedienhebel 25P ist zum Beispiel an dem zweiten Bedienhebel 25L angeordnet. Wahlweise kann der dritte Bedienhebel 25P auch an dem ersten Bedienhebel 25R angeordnet sein. Bewegungen des ersten Bedienhebels 25R und des zweiten Bedienhebels 25L nach vorne, nach hinten, nach links und nach rechts entsprechen einer Betätigung in zwei Achsen.
Mit dem ersten Bedienhebel 25R werden der Ausleger 6 und der Löffel 8 bedient. Eine Bewegung des ersten Bedienhebels 25R nach vorne und nach hinten ist einer Bedienung des Auslegers 6 zugeordnet, wobei diese Bewegung nach vorne und nach hinten eine Bewegung des Auslegers nach oben und nach unten bewirkt. Die Bewegung des ersten Bedienhebels 25R nach links und nach rechts ist einer Bedienung des Löffels 8 zugeordnet, wobei diese Bewegung nach links und nach rechts bewirkt, dass der Löffel 8 gräbt und geleert wird.
Mit dem zweiten Bedienhebel 25L werden der Stiel 7 und der Drehkörper 3 bedient. Eine Bewegung des zweiten Bedienhebels 25L nach vorne und nach hinten ist einer Bedienung des Stiels 7 zugeordnet, wobei diese Bewegung nach vorne und nach hinten bewirkt, dass der Stiel 7 nach oben und nach unten bewegt wird. Eine Bewegung des zweiten Bedienhebels 25L nach links und nach rechts ist einer Bedienung des Drehkörpers 3 zugeordnet, wobei diese Bewegung nach links und nach rechts bewirkt, das der Drehkörper 3 nach rechts und nach links geschwenkt wird.
Mit dem dritten Bedienhebel 25P wird der Löffel 8 bedient. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Drehung des Löffels 8 um die Löffelachse J3 über den ersten Bedienhebel 25R. Die Drehung (Neigung) des Löffels 8 um die Kippachse J4 erfolgt über den dritten Bedienhebel 25P.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Bewegung des Löffels 6 nach oben dem Vorgang des Leerens des Löffels. Die Bewegung des Löffels 6 nach unten entspricht dem Grabbetrieb. Die Bewegung des Stiels 7 nach unten entspricht dem Grabbetrieb. Die Bewegung des Stiels 7 nach oben entspricht dem Vorgang des Entleerens des Grabmaterials. Wahlweise kann die Bewegung des Stiels 7 nach unten als Beugen bezeichnet werden. Die Bewegung des Stiels 7 nach oben kann als Strecken bezeichnet werden.
Das Vorsteueröl, das von der Vorsteuerhydraulikpumpe geliefert wird und dessen Druck gemindert durch das Steuerventil auf den Vorsteuerdruck gemindert wurde, wird der Bedienvorrichtung 25 zugeleitet. Die Einstellung des Steueröldrucks erfolgt auf der Basis des Bedienbetrags des Bedienhebels 25, und das Richtungssteuerungsventil 64, durch welches den Hydraulikzylindern (dem Auslegerzylinder 6, dem Stielzylinder 11, dem Löffelzylinder 12 und dem Kippzylinder 40) zuzuleitendes Hydrauliköl fließt, wird entsprechend dem Vorsteueröldruck angesteuert. Der Drucksensor 66 ist an einer Vorsteuerhydraulikleitung 450 angeordnet. Der Drucksensor 66 detektiert den Vorsteueröldruck. Das Detektionsergebnis des Drucksensors 66 wird an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ausgegeben.
Zum Ansteuern des Auslegers 6 wird der erste Bedienhebel 25R in Vorwärts-Rückwärts-Richtung bewegt. Das Richtungssteuerungsventil 64, durch welches das Hydrauliköl fließt, das dem Auslegerzylinder 10 für den Antrieb des Auslegers 6 zugeleitet werden muss, wird entsprechend dem Bedienbetrag (Auslegerbedienbetrag) des ersten Bedienhebels 25R in Vorwärts-Rückwärts-Richtung angesteuert.
Zum Ansteuern des Löffels 6 wird der erste Bedienhebel 25R in Links-Rechts-Richtung bewegt. Das Richtungssteuerungsventil 64, durch welches das Hydrauliköl fließt, das Löffelzylinder 12 für den Antrieb des Löffels 8 zugeleitet werden muss, wird entsprechend dem Bedienbetrag (Löffelbedienbetrag) des ersten Bedienhebels 25R in Links-Rechts-Richtung angesteuert.
Zum Ansteuern des Stiels 7 wird der zweite Bedienhebel 25L in Vorwärts-Rückwärts-Richtung bewegt. Das Richtungssteuerungsventil 64, durch welches das Hydrauliköl fließt, das dem Stielzylinder 13 für den Antrieb des Stiels zugeleitet werden muss, wird entsprechend dem Bedienbetrag (Stielbedienbetrag) des zweiten Bedienhebels 25L in Vorwärts-Rückwärts-Richtung angesteuert.
Zum Ansteuern der Drehkörpers 3 wird der zweite Bedienhebel 25L in Links-Rechts-Richtung bewegt. Das Richtungssteuerungsventil 64, durch welches das Hydrauliköl fließt, das dem Hydraulikaktor für den Antrieb des Drehkörpers 3 zugeleitet werden muss, wird entsprechend dem Bedienbetrag des zweiten Bedienhebels 25L in Links-Rechts-Richtung angesteuert.
Zum Ansteuern des Löffels 8 wird der dritte Bedienhebel 25P bewegt (um den Löffel um die Kippachse J4 zu drehen). Das Richtungssteuerungsventil 64, durch welches das Hydrauliköl fließt, das dem Kippzylinder 30 zum Kippen des Löffels 8 zugeleitet werden muss, wird entsprechend dem Bedienbetrag des dritten Bedienhebels 25P angesteuert.
Wahlweise kann die Bedienung des ersten Bedienhebels 25R in Links-Rechts-Richtung der Betrieb des Auslegers 6 zugeordnet sein, und die Bedienung des ersten Bedienhebels in Vorwärts-Rückwärts-Richtung kann dem Betrieb des Löffels 8 zugeordnet sein. Ferner kann wahlweise die Bedienung des zweiten Bedienhebels 25L in Links-Rechts-Richtung dem Betrieb des Stiels 7 zugeordnet sein, und die Bedienung des zweiten Bedienhebels in Vorwärts-Rückwärtsrichtung kann dem Drehkörper 3 zugeordnet sein.
Das Steuerventil 27 ist wirksam für die Einstellung der den Hydraulikzylindern (dem Auslegerzylinder 10, dem Stielzylinder 11, dem Löffelzylinder 12 und dem Kippzylinder 30) zuzuleitenden Hydraulikölmenge. Das Steuerventil 27 arbeitet auf der Basis eines Steuersignals von der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26.
Der Winkeldetektor 22 detektiert die Arbeitsmaschine-Winkeldaten, die die Auslegerwinkeldaten, welche einen Drehwinkel α des Auslegers 6 um die Auslegerachse J1, die Stielwinkeldaten, welche einen Drehwinkel α des Stiels 7 um die Stielachse J2 angeben, und Löffelwinkeldaten, welche einen Drehwinkel γ des Löffels 8 um die Löffelachse J3 angeben, enthalten.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Winkeldetektor 22 den ersten Hubsensor 16, den zweiten Hubsensor 17 und den dritten Hubsensor 18. Das Detektionsergebnis des ersten Hubsensors 16, das Detektionsergebnis des zweiten Hubsensors 17 und das Detektionsergebnis des dritten Hubsensors 18 werden in die Sensor-Steuereinheit 32 eingegeben. Die Sensor-Steuereinheit 32 berechnet die Auslegerzylinderlänge auf der Basis des Detektionsergebnisses des ersten Hubsensors 16. Der erste Hubsensor 16 gibt Phasenverschiebungsimpulse, die mit der umlaufenden Bewegung erzeugt werden, an die Sensor-Steuereinheit 32 aus. Die Sensor-Steuereinheit 32 berechnet die Auslegerzylinderlänge auf der Basis der Phasenverschiebungsimpulse, die von dem ersten Hubsensor 16 ausgesendet werden. Ähnlich berechnet die Sensor-Steuereinheit 32 die Stielzylinderlänge auf der Basis des Detektionsergebnisses des zweiten Hubsensors 17. Die Sensor-Steuereinheit 32 berechnet die Löffelzylinderlänge auf der Basis des Detektionsergebnisses des dritten Hubsensors 18.
Die Sensor-Steuereinheit 32 berechnet den Drehwinkel α des Auslegers 6 bezüglich der vertikalen Richtung des Fahrzeughauptkörpers 1 aus der Auslegerzylinderlänge, die auf der Basis des Detektionsergebnisses des ersten Hubsensors 16 ermittelt wurde. Die Sensor-Steuereinheit 32 berechnet den Drehwinkel β des Stiels 7 bezüglich des Auslegers 6 aus der Stielzylinderlänge, die auf der Basis des Detektionsergebnisses des zweiten Hubsensors 17 ermittelt wurde. Die Sensor-Steuereinheit 37 berechnet den Drehwinkel γ der Schneidkante 8a des Löffels 8 bezüglich des Stiels 7 aus der Löffelzylinderlänge, die auf der Basis des Detektionsergebnisses des dritten Hubsensors 18 ermittelt wurde.
Wahlweise ist es auch möglich, den Drehwinkel α des Auslegers 6, den Drehwinkel β des Stiels 7 und den Drehwinkel γ des Löffels 8 nicht durch die Hubsensoren zu ermitteln. Der Drehwinkel α des Auslegers 6 kann durch einen Winkeldetektor wie einen Drehwertgeber detektiert werden. Der Winkeldetektor detektiert einen Biegewinkel des Auslegers 6 bezüglich des Drehkörpers 3, um den Drehwinkel α zu ermitteln. Ähnlich kann der Drehwinkel β des Stiels 7 durch einen an dem Stiel 7 befestigten Winkeldetektor detektiert werden. Der Drehwinkel γ des Löffels 8 kann durch einen Winkeldetektor an dem Löffel 8 detektiert werden.
Die Sensor-Steuereinheit 32 holt die Zylinderlängendaten L und die Arbeitsmaschinen-Winkeldaten von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Hubsensor 16, 17 und 18 ein. Die Sensor-Steuereinheit 32 gibt die Arbeitsmaschinen-Drehwinkeldaten α bis γ an die Display-Steuereinheit 28 und an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 aus.
Die Display-Steuereinheit 28 holt die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und die Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q von dem Positionsdetektor 20 ein. Ebenso holt die Display-Steuereinheit 28 die Kippwinkeldaten, die den Kippwinkel δ angeben, von dem Kippwinkelsensor 70 ein.
Die Display-Steuereinheit 28 enthält eine Recheneinheit 280A, die konfiguriert ist für die Durchführung eines Rechenvorgangs, eine Speichereinheit 280B, die Daten speichert, und eine Erfassungseinheit 280C, die für die Erfassung von Daten konfiguriert ist.
Die Display-Steuereinheit 28 berechnet Ziel-Grabgeländedaten U auf der Basis einer Ziel-Konstruktionsinformation, die in ihr gespeichert ist, auf der Basis der Dimensionen der jeweiligen Arbeitsmaschine, der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P, der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q und der Drehwinkeldaten α bis γ der jeweiligen Arbeitsmaschine und gibt die Ziel-Grabgeländedaten U in die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ein.
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 enthält eine Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A und eine Speichereinheit 26C. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 erhält die Ziel-Grabgeländedaten U von der Display-Steuereinheit 28 und holt die Drehwinkeldaten α bis γ der jeweiligen Arbeitsmaschine von der Sensor-Steuereinheit 32 ein. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 erzeugt einen Steuerbefehl an das Steuerventil 27 auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten U und der Drehwinkeldaten α bis γ der Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 einen Betätigungsbefehl für den Einsatz eines Kipplöffels an die Pumpen-Steuereinheit 34 aus.
Die Pumpen-Steuereinheit 34 gibt einen Ansteuerbefehl an eine Hydraulikpumpe 41 aus, damit diese Hydrauliköl an die Arbeitsmaschine 2 liefert. Die Pumpen-Steuereinheit 34 gibt ebenfalls Befehle an Steuerventile 27D und 27E, die später beschrieben werden, bezüglich des Kippwinkels des Löffels 8 aus.
[Hubsensor]
Es folgt die Beschreibung des Hubsensors 16 mit Bezug auf die 10 und 11. In der nachstehenden Beschreibung wird der Hubsensor 16 erläutert, der an dem Auslegerzylinder 10 angebracht ist, wobei diese Erläuterung ähnlich für den an dem Stielzylinder 11 befestigten Hubsensor 17 und dergleichen gilt.
Der Hubsensor 16 ist an dem Auslegerzylinder 10 befestigt. Der Hubsensor 16 zählt Kolbenhübe. Wie 10 zeigt, hat der Auslegerzylinder 10 ein Zylinderrohr 10X und eine Zylinderstange 10Y, die sich in dem Zylinderrohr 10X relativ zu demselben bewegen kann. Das Zylinderrohr 10X ist mit einem Kolben V versehen, der gleiten kann. Die Zylinderstange 10Y ist an dem Kolben 10V befestigt. Die Zylinderstange 10Y ist gleitbeweglich an einem Zylinderkopf 10W befestigt. Eine durch den Zylinderkopf 10W, den Kolben 10V und eine Zylinderinnenwand definierte Kammer ist eine stangenseitige Ölkammer 40B. Eine Ölkammer, die der stangenseitigen Ölkammer 40B unter Zwischenschaltung des Kolbens 10V gegenüberliegt, ist eine kappenseitige Ölkammer 10A. Es ist zu beachten, dass der Zylinderkopf 10W mit einem Dichtungselement versehen ist, das einen Spalt zwischen dem Zylinderkopf 10W und der Zylinderstange 10Y verschließt, damit Staub und dergleichen nicht in die stangenseitige Ölkammer 40B eindringen können.
Die Zylinderstange 10Y fährt ein, wenn das Hydrauliköl in die stangenseitige Ölkammer 40A eingeleitet und aus der kappenseitigen Ölkammer 40A abgeleitet wird. Die Zylinderstange 10Y fährt aus, wenn das Hydrauliköl aus der stangenseitigen Ölkammer 40B abgeleitet und in die kappenseitige Ölkammer 40A eingeleitet wird. Solchermaßen bewegt sich die Zylinderstange 10Y linear in Links-Rechts-Richtung in den Zeichnungen.
An einer Position außerhalb der stangenseitigen Ölkammer 40B ist in engem Kontakt mit dem Zylinderkopf 10W ein Gehäuse 164 vorgesehen, das den Hubsensor 16 abdeckt und aufnimmt. Das Gehäuse 164 ist an dem Zylinderkopf 10W befestigt, indem es mit dem Zylinderkopf 10W durch einen Bolzen oder dergleichen verschraubt ist.
Der Hubsensor 16 hat eine Drehrolle 161, eine zentrale Drehachse 162 und eine Drehsensoreinheit 163. Eine Oberfläche der Drehrolle 161 befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche der Zylinderstange 10Y, und die Drehrolle ist derart vorgesehen, dass sie sich mit der linearen Bewegung der Zylinderstange 10Y drehen kann. Dadurch setzt die Drehrolle 161 die lineare Bewegung der Zylinderstange 10Y in eine Drehung um. Die zentrale Drehachse 162 ist senkrecht zur linearen Bewegungsrichtung der Zylinderstange 10Y angeordnet.
Die Drehsensoreinheit 163 ist konfiguriert für die Detektion des Drehbetrags (Drehwinkel) der Drehrolle 161 als elektrisches Signal. Das den Drehbetrag (Drehwinkel) der Drehrolle 161 anzeigende Signal, das von der Drehsensoreinheit 163 detektiert wird, wird über eine elektrische Signalleitung zur Sensor-Steuereinheit 32 übertragen und durch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 in eine Position (Hubposition) der Zylinderstange 10Y in dem Auslegerzylinder 10 umgesetzt.
Wie 11 zeigt, enthält der Drehsensor 163 einen Magnet 163a und einen Hall-IC 163b. Der Magnet 163a, der ein Detektionsmedium ist, ist an der Drehrolle 161 derart befestigt, dass er sich als Einheit mit der Drehrolle 161 drehen kann. Der Magnet 163a dreht sich mit der Drehung der Drehrolle 161 um die zentrale Drehachse 162. Der Magnet 163a ist derart ausgebildet, dass er entsprechend dem Drehwinkel der Drehrolle 161 zwischen dem Nordpol und Südpol wechseln kann. Der Magnet 163a ist derart ausgebildet, dass sich die durch den Hall-IC 163b detektierte Magnetkraft (magnetische Flussdichte) periodisch ändert, wobei eine Drehung der Drehrolle 161 einer Periode entspricht.
Der Hall-IC 163b ist ein Magnetsensor, der für die Detektion der durch den Magnet 163a erzeugten Magnetkraft (magnetischen Flussdichte) als elektrisches Signal konfiguriert ist. Der Hall-IC 163b ist an einer Position angeordnet, die in der axialen Richtung der zentralen Drehachse 162 einen vorgegebenen Abstand von dem Magnet 163a aufweist.
Das durch den Hall-IC 163b detektierte elektrische Signal wird an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 übertragen, und das elektrische Signal von dem Hall-IC 163b wird durch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 in den Drehbetrag der Drehrolle 161 umgewandelt, d. h. in einen Verschiebungsbetrag (Hublänge) der Zylinderstange 10Y oder des Auslegerzylinders 10.
Die Relation zwischen dem Drehwinkel der Drehrolle 161 und dem elektrischen Signal (Spannung), das durch den Hall-IC 163b detektiert wird, wird mit Bezug auf 11 erläutert. Wenn sich mit der Drehung die Drehrolle 161 und der Magnet 163a drehen, ändert sich die Magnetkraft (die Magnetflussdichte), die sich durch den Hall-IC 163b bewegt, periodisch mit dem Drehwinkel, und das elektrische Signal (Spannung), das eine Sensorausgabe ist, ändert sich periodisch. Der Drehwinkel der Drehrolle 161 kann anhand der Größe der von dem Hall-IC 163b ausgehenden Spannung gemessen werden.
Außerdem kann die Drehgeschwindigkeit der Drehrolle 161 gemessen werden, indem die Anzahl von Wiederholungsperioden des elektrischen Signals (Spannung), das von dem Hall-IC 163b ausgegeben wird, gezählt wird. Der Verschiebungsbetrag (die Hublänge) der Zylinderstange 10Y des Auslegerzylinders 10 wird dann auf der Basis des Drehwinkels der Drehrolle 161 und der Drehgeschwindigkeit der Drehrolle 161 detektiert.
Der Hubsensor 16 kann auch die Bewegungsgeschwindigkeit (Zylindergeschwindigkeit) der Zylinderstange 10Y auf der Basis des Drehwinkels der Drehrolle 161 und der Drehgeschwindigkeit der Drehrolle 161 detektieren.
[Hydrauliksystem]
Nachstehend wird ein Beispiel eines Hydrauliksystems 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Steuersystem 200 enthält das Hydrauliksystem 300 und die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26. Der Auslegerzylinder 10, der Stielzylinder 11, der Löffelzylinder 12 und der Kippzylinder 30 sind Hydraulikzylinder. Die Hydraulikzylinder werden durch das Hydrauliksystem 300 betätigt.
13 zeigt schematisch das Hydrauliksystem 300, das den Stielzylinder 11 umfasst. Hier ist anzumerken, dass das gleiche auch für den Löffelzylinder 12 gilt. Das Hydrauliksystem 300 umfasst eine hydraulische Verdrängungspumpe 41, die über das Richtungssteuerungsventil 41 Hydrauliköl in den Stielzylinder 11 speist, eine Vorsteuerhydraulikpumpe 42, die Vorsteueröl liefert, die Bedienvorrichtung 25 zum Einstellen des Vorsteueröldrucks des Vorsteueröls zu dem Richtungssteuerungsventil 64, Ölleitungen 43 (43A, 43B), durch welche das Vorsteueröl fließt, Steuerventile 27 (27A, 27B), die in der Ölleitung 43 angeordnet sind, Drucksensoren 66 (66A, 66b), die in der Ölleitung 43 angeordnet sind, und die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 zu Steuern der Steuerventile 27. Die Ölleitung 43 ist die gleiche wie die Vorsteuerhydraulikleitung 450 in 9.
Das Richtungssteuerungsventil 64 steuert die Richtung, in die das Hydrauliköl fließt. Das von der Haupthydraulikpumpe 41 geförderte Hydrauliköl wird über das Richtungssteuerungsventil 64 in den Stielzylinder 11 gespeist. Das Richtungssteuerungsventil 64 entspricht dem Typ eines Schieberventils, der die Richtung, in die das Hydrauliköl fließt, umschaltet, indem ein stangenförmiger Schieber bewegt wird. Durch die Bewegung des Schiebers in der axialen Richtung wird die Zuleitung des Hydrauliköls umgeschaltet zwischen der Zuleitung zu der kappenseitigen Ölkammer 40A (Ölleitung 47) des Stielzylinders 11 und der Zuleitung zu der stangenseitigen Ölkammer 40B (Ölleitung 48). Ferner wird durch die Bewegung des Schiebers in der axialen Richtung die Menge (Zuführmenge pro Zeiteinheit) des Hydrauliköls, das dem Stielzylinder 11 zugeleitet wird, eingestellt. Durch die Einstellung der dem Stielzylinder 11 zugeleiteten Hydraulikölmenge wird die Zylindergeschwindigkeit eingestellt.
Die Ansteuerung der Richtungssteuerungsventils 64 wird durch die Bedienvorrichtung 25 eingestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bedienvorrichtung 25 eine hydraulische Vorsteuerbedienvorrichtung. Vorsteueröl, das von Vorsteuerhydraulikpumpe 42 gefördert wird, wird zur Bedienvorrichtung 25 geleitet. Wahlweise kann Vorsteueröl zur Bedienvorrichtung 25 geleitet werden, das von der Haupthydraulikpumpe 41 geliefert wird und dessen Druck durch ein Druckminderungsventil gemindert wird. Die Bedienvorrichtung 25 enthält ein Vorsteueröldruck-Regulierungsventil. Die Einstellung des Vorsteueröldrucks erfolgt auf der Basis des Bedienbetrags der Bedienvorrichtung 25. Durch den Vorsteueröldruck wird das Richtungssteuerungsventil 64 angesteuert. Durch die Einstellung des Pilotöldrucks durch die Bedienvorrichtung 25 erfolgt eine Einstellung des Bewegungsbetrags in der axialen Richtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Schiebers.
Zwei Ölleitungen 43, durch welche das Vorsteueröl fließt, sind für ein Richtungssteuerungsventil 64 vorgesehen. Vorsteueröl, das in einen Raum (erste Druckaufnahmekammer) des Schiebers des Richtungssteuerungsventils 64 zu leiten ist, fließt durch die eine Ölleitung 43A der beiden Ölleitungen 43A und 43B. Vorsteueröl, das in einen Raum (zweite Druckaufnahmekammer) des Richtungssteuerungsventils 64 zu leiten ist, fließt durch die andere Ölleitung 43B.
Die Drucksensoren 66 sind in den Ölleitungen 43 angeordnet. Die Drucksensoren 66 detektieren den Vorsteueröldruck. Die Drucksensoren 66 umfassen den Drucksensor 66A, der konfiguriert für die Detektion des Vorsteueröldrucks in der Ölleitung 43A, und den Drucksensor 66B, der konfiguriert ist für die Detektion des Vorsteueröldrucks in der Ölleitung 43B. Die Detektionsergebnisse der Drucksensoren 66 werden an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ausgegeben.
Die Steuerventile 27 sind elektromagnetische Proportionalsteuerventile und können den Vorsteueröldruck auf der Basis eines Steuersignals von der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 einstellen. Die Steuerventile 27 umfassen das Steuerventil 27A, das geeignet ist für die Einstellung des Vorsteueröldrucks in der Ölleitung 43A, und das Steuerventil 27B, das geeignet ist für die Einstellung des Vorsteueröldrucks in der Ölleitung 43B.
Zum Einstellen des Vorsteueröldrucks durch eine Bedienung der Bedienvorrichtung 25 werden die Steuerventile 27 vollständig geöffnet. Wird der Bedienhebel der Bedienvorrichtung 25 von der Neutralstellung in Richtung auf die eine Seite bewegt, wird der dem Bedienbetrag des Bedienhebels entsprechende Vorsteueröldruck an der ersten Druckaufnahmekammer des Schiebers des Richtungssteuerungsventils 64 angelegt. Wird der Bedienhebel der Bedienvorrichtung 25 von der Neutralstellung in Richtung auf die andere Seite bewegt, wird der dem Bedienbetrag des Bedienhebels entsprechende Vorsteueröldruck an der zweiten Druckaufnahmekammer des Schiebers des Richtungssteuerungsventils 64 angelegt.
Der Schieber des Richtungssteuerungsventils 64 bewegt sich um eine Weglänge, die dem durch die Bedienvorrichtung 25 eingestellten Vorsteueröldruck entspricht. Zum Beispiel wird durch das Anlegen des Vorsteueröldrucks an der ersten Druckaufnahmekammer Hydrauliköl aus der Haupthydraulikpumpe 41 in die kappenseitige Ölkammer 40A des Stielzylinders 11 geleitet, und der Stielzylinder 11 fährt aus. Dadurch, dass der Vorsteueröldruck an der zweiten Druckaufnahmekammer angelegt wird, wird Hydrauliköl aus der Haupthydraulikpumpe 41 in die stangenseitige Kammer 40B des Stielzylinders 11 geleitet, und der Stielzylinder 11 fährt ein. Die Einstellung des Betrags des Hydrauliköls pro Zeiteinheit, das über das Richtungssteuerungsventil 64 von der Haupthydraulikpumpe 41 zu dem Stielzylinder 11 gespeist wird, erfolgt auf der Basis des Bewegungsbetrags des Schiebers des Richtungssteuerungsventils 64. Die Einstellung der Zylindergeschwindigkeit erfolgt durch die Einstellung der Hydraulikölzuführmenge pro Zeiteinheit.
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 kann den Vorsteueröldruck durch eine Steuerung der Steuerventile 27 einstellen. Bei der Grabbegrenzungssteuerung (Interventionssteuerung) zum Beispiel steuert die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die Steuerventile 27 an. Als Ergebnis der Ansteuerung des Steuerventils 27A durch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 bewegt sich der Schieber des Richtungssteuerungsventils 64 zum Beispiel um eine Weglänge, die dem durch das Steuerventil 27A eingestellten Vorsteueröldruck entspricht. Dadurch wird das Hydrauliköl von der Haupthydraulikpumpe 41 zur kappenseitigen Ölkammer 40A des Stielzylinders 11 geleitet, und der Stielzylinder 11 fährt aus. Infolge der Ansteuerung des Steuerventils 27A durch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 bewegt sich der Schieber des Richtungssteuerungsventils 64 um eine Richtung, die dem durch das Steuerventil 27B eingestellten Vorsteueröldruck entspricht. Als Ergebnis wird das Hydrauliköl von der Haupthydraulikpumpe 41 zur stangenseitigen Ölkammer 40B des Stielzylinders 11 geleitet, und der Stielzylinder 11 fährt ein. Die Hydraulikölmenge pro Zeiteinheit, die über das Richtungssteuerungsventil 64 von der Haupthydraulikpumpe 41 zu dem Stielzylinder 11 geleitet wird, wird auf der Basis des Bewegungsbetrags des Schiebers des Richtungssteuerungsventils 64 eingestellt. Durch die Einstellung der Hydraulikölzuführmenge pro Zeiteinheit erfolgt die Einstellung der Zylindergeschwindigkeit.
14 zeigt schematisch ein Beispiel des Hydrauliksystems, das den Auslegerzylinder 10 umfasst. Durch die Bedienung der Bedienvorrichtung 25 führt der Ausleger zwei Arten von Tätigkeiten aus. Diese sind eine Abwärtsbewegung und eine Aufwärtsbewegung. Wie mit Bezug auf 13 beschrieben wird, wird infolge der Bedienung der Bedienvorrichtung 25 der dem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung entsprechende Vorsteueröldruck an dem Richtungssteuerungsventil 64 angelegt. Der Schieber des Richtungssteuerungsventils 64 bewegt sich entsprechen dem Vorsteueröldruck. Die Hydraulikölmenge pro Zeiteinheit, die über das Richtungssteuerungsventil 64 von der Haupthydraulikpumpe 41 zu dem Auslegerzylinder 10 geleitet wird, wird auf der Basis des Bewegungsbetrags des Schiebers eingestellt.
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 kann durch ein Ansteuern des Steuerventils 27A auch den Vorsteueröldruck einstellen, der an der zweiten Druckaufnahmekammer angelegt wird. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 kann durch Ansteuern des Steuerventils 27B den Vorsteueröldruck einstellen, der an der ersten Druckaufnahmekammer angelegt wird. Bei dem in 14 dargestellten Beispiel wird infolge der Zuleitung des Vorsteueröls über das Steuerventil 27 zu dem Richtungssteuerungsventil 64 die Bewegung des Auslegers 6 nach unten ausgeführt. Infolge der Zuleitung von Vorsteueröl über das Steuerventil 27B zu dem Richtungssteuerungsventil 64 wird eine Bewegung des Auslegers 6 nach oben ausgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist für die Interventionssteuerung in einer Ölleitung 43C ein Steuerventil 27C vorgesehen, das konfiguriert ist für einen Betrieb auf der Basis eines Steuersignals für eine Interventionssteuerung von der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit. Vorsteueröl, das von der Vorsteuerhydraulikpumpe 42 geliefert wird, fließt durch die Ölleitung 43C. Die Ölleitung 43C ist über ein Wechselventil 51 mit der Ölleitung 43B verbunden. Das Wechselventil 51 wählt und gibt von den Ölleitungen, diejenige ein, an der der größere Druck anliegt.
Die Ölleitung 43C ist mit dem Steuerventil 27C und mit einem Drucksensor 66C versehen, der den Vorsteueröldruck in der Ölleitung 43C detektiert. Das Steuerventil 27C wird auf der Basis eines Steuersignals gesteuert, das von der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ausgegeben wird, um die Interventionssteuerung durchzuführen.
Wenn die Interventionssteuerung nicht durchzuführen ist, gibt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 das ein Steuersignal an das Steuerventil 27C nicht aus, so dass das Richtungssteuerungsventil 64 auf der Basis des Vorsteueröldrucks angesteuert wird, der durch eine Bedienung der Bedieneinheit 25 eingestellt wird. Zum Beispiel öffnet die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 das Steuerventil 27B vollständig und schließt die Ölleitung 43C mit dem Steuerventil 27C, so dass das Richtungssteuerungsventil 64 auf der Basis des Steueröldrucks angesteuert wird, der durch die Bedienung der Bedienvorrichtung 25 eingestellt wird.
Wenn die Interventionssteuerung durchzuführen ist, steuert die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die Steuerventile 27 derart, dass das Richtungssteuerungsventil 64 auf der Basis des durch das Steuerventil 27C eingestellten Vorsteueröldrucks angesteuert wird. Wenn die Interventionssteuerung durchzuführen ist, um zum Beispiel die Bewegung des Auslegers 6 zu begrenzen, steuert die Antriebsgerät-Steuereinheit 26 das Steuerventil 27C derart, dass der durch das Steuerventil 27C eingestellte Vorsteueröldruck höher ist als der durch die Bedienvorrichtung 25 eingestellte Vorsteueröldruck. Der über die Ölleitung 43C angelegte Vorsteuerdruck übersteigt den Vorsteuerdruck, der über die Ölleitung 43B angelegt wird. Dadurch wird das Vorsteueröl aus dem Steuerventil 27C über das Wechselventil 51 zu dem Richtungssteuerungsventil 64 geleitet.
Infolge der Zuleitung des Vorsteueröls zu dem Richtungssteuerungsventil 64 über mindestens eine der Ölleitungen 43B und 43C wird das Hydrauliköl über die Ölleitung 47 zur kappenseitigen Ölkammer 40A geleitet, wodurch der Ausleger 6 sich nach oben bewegt.
Wenn die Bewegung des Auslegers 6 nach oben durch die Bedienvorrichtung 25 mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird, so dass sich der Löffel nicht in das Ziel-Grabgelände hineinbewegt, wird die Interventionssteuerung nicht durchgeführt. Infolge einer Bedienung der Bedienvorrichtung 25 mit dem Ziel des Hebens des Auslegers 6 mit hoher Geschwindigkeit und infolge der Einstellung des Vorsteueröldrucks auf der Basis des Bedienbetrags übersteigt der durch die Bedienung der Bedienvorrichtung 25 eingestellte Vorsteueröldruck den Vorsteueröldruck, der durch das Steuerventil 27C eingestellt wurde. Folglich wird das Vorsteueröl unter dem durch die Bedienung der Bedienvorrichtung 25 eingestellten Vorsteueröldruck über das Wechselventil 51 zu dem Richtungssteuerungsventil 64 geleitet.
15 zeigt schematisch ein Beispiel des Hydrauliksystems 300, das den Kippzylinder 30 umfasst. Das Hydrauliksystem 300 enthält ein Richtungssteuerungsventil 64 zum Einstellen der dem Kippzylinder 30 zugeführten Hydraulikölmenge, das Steuerventils 27D und das Steuerventil 27E zum Einstellen des Drucks des dem Richtungssteuerungsventil 64 zugeleiteten Vorsteueröls, ein Bedienpedal 25F und die Pumpen-Steuereinheit 34. Die Pumpen-Steuereinheit 34 gibt an die Taumelscheibe der Haupthydraulikpumpe 41 ein Befehlssignal aus, um die den Hydraulikzylindern zugeführte Hydraulikölmenge zu steuern. Die Steuerventile 27 werden durch ein durch die Pumpen-Steuereinheit 34 erzeugtes Steuersignal auf der Basis eines Betriebssignals von der Bedieneinheit 25 (dritter Bedienhebel 25P) gesteuert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Betriebssignal, das durch die Bedienung des dritten Bedienhebels 25P erzeugt wird, an die Pumpen-Steuereinheit 34 ausgegeben. Wahlweise kann das durch die Bedienung des dritten Bedienhebels 25P erzeugte Betriebssignal an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ausgegeben werden. Die Steuerventile 27 können durch die Pumpen-Steuereinheit 34 oder durch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 gesteuert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Bedienvorrichtung 25 das Bedienpedal 25F zum Einstellen des an dem Richtungssteuerungsventil 64 angelegten Vorsteuerdrucks. Das Bedienpedal 25F ist in der Kabine 4 angeordnet und wird vom Fahrzeugführer bedient. Das Bedienpedal 25F ist mit der Vorsteuerhydraulikpumpe 42 verbunden. Das Bedienpedal 25F ist auch mit einer Ölleitung verbunden, durch welche das über ein Wechselventil 51A zugeführte Vorsteueröl aus dem Steuerventil 27D fließt. Das Bedienpedal 25F ist auch mit einer Ölleitung verbunden, durch welche das über ein Wechselventil 51B zugeführte Vorsteueröl aus dem Steuerventil 27E fließt.
Durch die Bedienung des Bedienpedals 25F erfolgt die Einstellung des Drucks in der Ölleitung zwischen dem Bedienpedal 25F und dem Wechselventil 51A und des Drucks in der Ölleitung zwischen dem Bedienpedal 25F und dem Wechselventil 51B.
Infolge der Bedienung des dritten Bedienhebels 25P wird ein Betriebssignal (Befehlssignal) auf der Basis des Bedingung des dritten Bedienhebels 25P an die Pumpen-Steuereinheit 34 (oder die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26) ausgegeben. Die Pumpen-Steuereinheit 34 gibt auf der Basis des von dem dritten Bedienhebel 25P ausgegebenen Betriebssignals ein Steuersignal an mindestens eines der Steuerventile 27D und 27E aus. Das Steuerventil 27D, welches das Steuersignal erfasst hat, wird angesteuert und öffnet/schließt die Ölleitung. Das Steuerventil 27E, welches das Steuersignal erfasst hat, wird angesteuert und öffnet/schließt die Ölleitung.
Infolge der Bedienung zumindest des Bedienpedals 25F oder zumindest des dritten Bedienhebels 25P wird bei einem durch das Steuerventil 27D eingestellten Vorsteueröldruck, der den durch das Bedienpedal 25F eingestellten Vorsteueröldruck übersteigt, das Vorsteueröl mit dem Vorsteueröldruck, der durch das Wechselventil 51A gewählt und durch das Steuerventil 27D eingestellt wurde, zu dem Richtungssteuerungsventil 64 geleitet. Wenn der durch das Bedienpedal 25F eingestellte Vorsteueröldruck den durch das Steuerventil 27D eingestellten Vorsteueröldruck übersteigt, wird das Vorsteueröl mit dem durch das Bedienpedal 25F eingestellten Vorsteueröldruck zu dem Richtungssteuerungsventil 64 geleitet.
Infolge der Bedienung zumindest des Bedienpedals 25F oder zumindest des dritten Bedienhebels 25P wird bei einem durch das Steuerventil 27E eingestellten Vorsteueröldruck, der den durch das Bedienpedal 25F eingestellten Vorsteueröldruck übersteigt, das Vorsteueröl mit dem durch das Wechselventil 51B gewählten und durch das Steuerventil 27E eingestellten Vorsteueröldruck zu dem Richtungssteuerungsventil 64 geleitet. Wenn der durch das Bedienpedal 25F eingestellte Vorsteueröldruck den durch das Steuerventil 27E eingestellten Vorsteueröldruck übersteigt, wird das Vorsteueröl mit dem durch das Bedienpedal 25F eingestellten Vorsteueröldruck zu dem Richtungssteuerungsventil 64 geleitet.
[Eingeschränkte Grabsteuerung]
12 zeigt schematisch ein Beispiel des Betriebs der Arbeitsmaschine 2 unter einer eingeschränkten Grabsteuerung. In der vorliegenden Ausführungsform wird die eingeschränkte Grabsteuerung derart durchgeführt, dass sich der Baggerlöffel 8 nicht in das Ziel-Grabgelände, das eine zweidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts auf einer zu Löffelachse J3 senkrechten Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine darstellt, hineinbewegt.
Bei einem Graben unter Einsatz eines des Löffels 8 arbeitet das Hydrauliksystem 300 auf solche Weise, dass der Ausleger 6 für einen Grabbetrieb des Stiels 7 und des Löffels 8 angehoben wird. Beim Graben wird die Interventionssteuerung durchgeführt, die den Betrieb des Auslegers 6 einschließt, so dass sich der Löffel 8 nicht in das Ziel-Grabgelände hineinbewegt.
[Steuerverfahren]
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern des Baggers CM gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 16 beschrieben. Die Display-Steuereinheit 28 erfasst eine Vielzahl von Parametern, die für die Grabsteuerung verwendet werden (Schritt SP1). Die Parameter werden durch eine Erfassungseinheit 28C der Display-Steuereinheit 28 erfasst.
17A ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel der Display-Steuereinheit 28, der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 und der Sensor-Steuereinheit 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Sensor-Steuereinheit 32 enthält eine Recheneinheit 28A, eine Speichereinheit 28B und die Erfassungseinheit 28C. Die Recheneinheit 28A enthält eine Arbeitsmaschinenwinkel-Berechnungseinheit 281A, eine Kippwinkeldaten-Berechnungseinheit 282A und eine zweidimensionale Löffeldaten-Berechnungseinheit 283A. Die Erfassungseinheit 28C enthält eine Arbeitsmaschinendaten-Erfassungseinheit 281C, eine Löffelaußenformdaten-Erfassungseinheit 282C, eine Arbeitsmaschinenwinkel-Erfassungseinheit 284C und eine Kippwinkel-Erfassungseinheit 285C.
17B ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie 17B zeigt, enthält die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ein Relativposition-Berechnungseinheit 260A, Entfernungs-Berechnungseinheit 260B, eine Zielgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 260C, eine Interventionsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 260D und eine Interventionsbefehl-Berechnungseinheit 260E. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A steuert die Geschwindigkeit des Auslegers 6 auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten U, die das Ziel-Grabgelände angeben, welches eine Zielgestalt des Grabobjekts ist, und der Löffelpositionsdaten, die die Position des Löffels 8 (der Schneidkante 8a) angeben, derart, dass die relative Geschwindigkeit, mit welcher sich der Löffel 8 dem Ziel-Grabgelände nähert, entsprechend der Entfernung d zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 (der Schneidkante 8a) verringert wird. In der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 erfolgt eine Berechnung in dem lokalen Koordinatensystem.
Wie in 17A dargestellt ist, enthält die Display-Steuereinheit 283C eine Ziel-Grabgelände-Erfassungseinheit 283C und eine Ziel-Grabgelände-Berechnungseinheit 284A.
Die Erfassungseinheit 28C enthält die Arbeitsmaschinendaten-Erfassungseinheit (erste Erfassungseinheit) 281C, die Löffelaußenformdaten-Erfassungseinheit (zweite Erfassungseinheit) 282C, die Arbeitsmaschinenwinkel-Erfassungseinheit (vierte Erfassungseinheit) 284C, die konfiguriert ist für die Erfassung der Winkeldaten der Arbeitsmaschine, und die Kippwinkel-Erfassungseinheit (fünfte Erfassungseinheit) 285C, die konfiguriert ist für die Erfassung der Kippwinkeldaten. Die Ziel-Grabgelände-Erfassungseinheit (dritte Erfassungseinheit) 283C ist in der Display-Steuereinheit 28 enthalten.
Die Berechnungseinheit 28A enthält die Arbeitsmaschinenwinkel-Erfassungseinheit 281A, die konfiguriert ist für die Berechnung des Arbeitsmaschinenwinkels, und die zweidimensionale Löffeldaten-Berechnungseinheit 283A, die konfiguriert ist für die Berechnung von zweidimensionalen Löffeldaten. Die Relativposition-Berechnungseinheit 260, die konfiguriert ist für die Berechnung der relativen Positionen des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 ist in der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 (Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A) enthalten. Die Ziel-Grabgelände-Berechnungseinheit 284A ist in der Display-Steuereinheit 28 enthalten.
Die Arbeitsmaschinenwinkel-Berechnungseinheit 281A holt die Auslegerzylinderlänge von dem ersten Hubsensor 16 ein und berechnet den Auslegerwinkel α. Die Arbeitsmaschinenwinkel-Berechnungseinheit 281A holt die Stielzylinderlänge von dem zweiten Hubsensor 17 ein und berechnet den Stielwinkel β. Die Arbeitsmaschinenwinkel-Berechnungseinheit 281A holt die Löffelzylinderlänge von dem dritten Hubsensor 18 ein und berechnet den Löffelwinkel γ. Die Arbeitsmaschinenwinkel-Erfassungseinheit 284C erfasst die Arbeitsmaschinenwinkeldaten, die die Auslegerwinkeldaten, die Stielwinkeldaten und die Löffelwinkeldaten enthalten (Schritt SP1.2).
Die Erfassungseinheit 28C (Arbeitsmaschinenwinkel-Erfassungseinheit 284C) der Sensor-Steuereinheit 32 erfasst die Arbeitsmaschinenwinkeldaten, enthaltend die Auslegerwinkeldaten, die den Auslegerwinkel α angeben, die Stielwinkeldaten, die den Stielwinkel β angeben, und die Löffelwinkeldaten, die den Löffelwinkel γ angeben, auf der Basis des Detektionsergebnisses des Winkeldetektors 22. Die Erfassungseinheit 28C (Kippwinkel-Erfassungseinheit 285C) erfasst auch die Kippwinkeldaten, enthaltend den Kippwinkel δ', der den Drehwinkel des Löffels um die Kippachse angibt, was später beschrieben wird, auf der Basis des Detektionsergebnisses des Kippwinkelsensors 70. Die Erfassungseinheit 28C (Kippwinkel-Erfassungseinheit 285C) erfasst auch die Kippachsendaten, enthaltend den Kippachsenwinkel ε', der den Drehwinkel des Löffels um die Kippachse auf der Basis des Detektionsergebnisses des Winkeldetektors 22 angibt. Beim Antrieb der Arbeitsmaschine 2 überwachen der Winkeldetektor 22 und der Kippwinkelsensor 70 den Auslegerwinkel α, den Stielwinkel β, den Löffelwinkel γ, den Kippwinkel δ und den Kippachsenwinkel ε. Die Erfassungseinheit 28C erfasst die Winkeldaten beim Antrieb der Arbeitsmaschine 2 in Echtzeit. Wahlweise ist es möglich, den Auslegerwinkel α, den Stielwinkel β und den Löffelwinkel γ nicht durch die Hubsensoren zu detektieren. Der Auslegerwinkel α kann durch einen an dem Ausleger 6 befestigten Neigungswinkelsensor detektiert werden. Der Stielwinkel β kann durch einen an dem Stiel 7 befestigten Neigungswinkelsensor detektiert werden. Der Löffelwinkel ã kann durch einen an dem Löffel 8 befestigten Neigungswinkelsensor detektiert werden. Wenn der Winkeldetektor 22 Neigungswinkelsensoren 22 enthält, werden die durch den Winkeldetektor 22 erfassten Arbeitsmaschinenwinkeldaten an die Sensor-Steuereinheit 32 ausgegeben.
Wahlweise werden der Auslegerwinkel α, der Stielwinkel β und der Löffelwinkel γ nicht durch die Hubsensoren detektiert. Der Auslegerwinkel α kann durch einen an dem Ausleger 6 befestigten Neigungswinkelsensor detektiert werden. Der Stielwinkel β kann durch einen an dem Stiel 7 befestigten Neigungswinkelsensor detektiert werden. Der Löffelwinkel γ kann durch einen an dem Löffel 8 befestigten Neigungswinkelsensor detektiert werden. Wenn der Winkeldetektor 22 Neigungswinkelsensoren enthält, werden die Arbeitsmaschinenwinkeldaten, die durch den Winkeldetektor 22 erfasst werden, an die Sensor-Steuereinheit 32 ausgegeben.
Der Kippwinkelsensor 70 erfasst die Kippwinkeldaten, die den Kippwinkel δ des Löffels 8 um die Kippachse J4 angeben. Die durch den Kippwinkelsensor 70 erfassten Kippwinkeldaten werden über die Display-Steuereinheit 28 an die Sensor-Steuereinheit 32 ausgegeben. Die Neigungswinkel-Erfassungseinheit 285C erfasst die Neigungswinkeldaten, die den Drehwinkel des Löffels um die Kippachse angeben (Schritt SP1.4).
Mit der Drehung des Löffels 8 und die Löffelachse J3 dreht (neigt) sich auch der Kippbolzen 80 (Kippachse J4) in der θY-Richtung. Die Kippwinkel-Erfassungseinheit 285C erfasst die Kippachsenwinkeldaten, die den Neigungswinkel ε der Kippachse J4 bezüglich der XY-Ebene auf der Basis des Detektionsergebnisses des Winkeldetektors 22 angeben.
Die Speichereinheit 28B der Sensor-Steuereinheit 32 speichert Arbeitsmaschinendaten. Die Arbeitsmaschinendaten enthalten Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2 und Außenformdaten des Löffels 8.
Die Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2 enthalten Dimensionsdaten des Auslegers 6, Dimensionsdaten des Stiels 7 und Dimensionsdaten des Löffels 8. Die Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2 enthalten die Auslegerlänge L1, die Stiellänge L2, die Löffellänge L3 und die Kipplänge L4. Die Auslegerlänge L1, die Stiellänge L2, die Löffellänge L3 und ei Kipplänge L4 sind Dimensionen in der XZ-Ebene (in der vertikalen Rotationsebene).
Die Arbeitsmaschinendaten-Erfassungseinheit 281C holt Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2, enthaltend die Dimensionsdaten des Auslegers 6, die Dimensionsdaten des Stiels 7 und die Dimensionsdaten des Löffels 8, aus der Speichereinheit 28B.
Die Außenformdaten des Löffels 8 enthalten Konturdaten der Außenfläche des Löffels 8. Die Außenformdaten des Löffels 8 sind Daten zum Bestimmen der Dimension und Form des Löffels 8. Die Außenformdaten des Löffels 8 enthalten Daten der Position des vorderen Endes, die die Position des vorderen Endbereichs 8a des Löffels 8 angeben. Die Außenformdaten des Löffels 8 enthalten Koordinatendaten von mehreren Positionen an der Außenfläche des Löffels 8 auf der Basis des vorderen Endbereichs 8a zum Beispiel.
Die Außenformdaten des Löffels 8 enthalten die Dimension 15 des Löffels 8 in der Breitenrichtung. Wenn der Löffel 8 nicht gekippt ist, ist die Breitendimension 15 des Löffels 8 eine Dimension des Löffels 8 in der Y-Achsenrichtung in dem lokalen Koordinatensystem. Wenn der Löffel 8 gekippt ist, unterscheiden sich die Breitendimension 15 des Löffels 8 und die Dimension des Löffels 8 in der Y-Achsenrichtung in dem lokalen Koordinatensystem voneinander.
Die Löffelaußenformdaten-Erfassungseinheit 282C holt die Außenformdaten aus der Speichereinheit 28B.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die Arbeitsmaschinendimensionsdaten, die die Auslegerlänge L1, die Stiellänge L2, die Löffellänge L3, die Kipplänge L4 und die Löffelbreite L5 enthalten, als auch die Löffelaußenformdaten, die die Außenform des Löffels 8 enthalten, in der Speichereinheit 28B gespeichert sind.
Die Arbeitsmaschinenwinkel-Berechnungseinheit 281A berechnet die Arbeitsmaschinenwinkeldaten, d. h. die Drehwinkel der jeweiligen Arbeitsmaschine anhand der Zylinderhübe des Auslegers 6, des Stiels 7 und des Löffels 8.
Die Neigungswinkel-Berechnungseinheit 282A erfasst δ', d. h. die Neigungswinkeldaten, die den Drehwinkel des Löffels 8 um die Kippachse und den Kippachsenwinkel ε' angeben, anhand des Kippwinkels δ, des Kippachsenwinkels ε' und der Neigungswinkel θ1 und θ2.
Die zweidimensionale Löffeldaten-Berechnungseinheit 283A generiert zweidimensionale Löffeldaten S, enthaltend die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine und die Schneidkantenposition Pa der Schneidkante 8a des Löffels 8, auf der Basis der Arbeitsmaschinenwinkeldaten der Arbeitsmaschinendimensionsdaten, der Außenformdaten des Löffels 8, einer Y-Koordinate eines Querschnitts und der Kippwinkeldaten.
Die Ziel-Grabgelände-Erfassungseinheit 283C erfasst die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und die Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q anhand der Ziel-Konstruktionsinformation T, die ein dreidimensionales Geländemodell angibt, das eine dreidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts ist, und von dem Positionsdetektor 20. Die Ziel-Grabgelände-Berechnungseinheit 284A generiert Daten U des Ziel-Grabgeländes, die das Ziel-Grabgelände angeben, welches eine zweidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts in der zur Löffelachse J3 senkrechten Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine ist, anhand der Daten, die von der Ziel-Grabgelände-Berechnungseinheit 283C erfasst wurden, anhand der Neigungswinkel θ1 und θ2, die von der zweidimensionalen Löffeldaten-Berechnungseinheit 283A erfasst wurden, anhand der zweidimensionalen Löffeldaten S, welche die Außenform des Löffels 8 angeben, und anhand der Schneidekante 8a des Löffels 8.
Die Relativpositions-Berechnungseinheit 260A berechnet eine relative Position an dem Löffel 8 in der kürzesten Entfernung zu dem Ziel-Grabgelände an einem Konturpunkt Ni des Löffels 8, der später beschrieben wird, auf der Basis der Drehwinkeldaten α bis γ der Arbeitsmaschine, die durch die Sensor-Steuereinheit 32 eingegeben wurden, auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten S und auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten U, die durch die Display-Steuereinheit 28 eingegeben wurden, und gibt die relative Position an die Entfernungs-Berechnungseinheit 260B aus. Die Entfernungs-Berechnungseinheit 260B berechnet die kürzeste Entfernung d zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 auf der Basies des Ziel-Grabgeländes und der relativen Position des Löffels 8.
Die Zielgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 260C gibt die Drücke von den Vorsteuerdrucksensoren 66A und 66B auf der Basis der Hebelbedienung der Arbeitsmaschinenhebel ein, was später beschrieben wird. Die Zielgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 260C leitet die Zielgeschwindigkeit Vc_bm, Vc_am und Vc_bk der jeweiligen Arbeitsmaschine her aus einer Tabelle, die verwendet wird und die die Relation der Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Arbeitsmaschine zu den durch die Drucksensoren 66A und 66B in der Speichereinheit 27C gespeicherten Drücken und gibt die Zielgeschwindigkeiten an die Interventionsgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 260D aus.
Die Interventionsgeschwindigkeit-Berechnungseinheit 260D berechnet eine Grenzgeschwindigkeit gemäß der Entfernung d zwischen dem Ziel-Grabgelände und der relativen Position des Löffels 8 auf der Basis der Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Arbeitsmaschine, der Ziel-Grabgeländedaten U und der Entfernung d des Löffels. Die Grenzgeschwindigkeit wird als Interventionsgeschwindigkeit bezüglich des Auslegers 6 an die Interventionsbefehl-Berechnungseinheit 260E ausgegeben.
Die Interventionsbefehl-Berechnungseinheit 260E bestimmt als Interventionsbefehl an den Ausleger 10 in Verbindung mit der Grenzgeschwindigkeit das Strecken des Auslegers. Die Interventionsbefehl-Berechnungseinheit 260E gibt als Interventionsbefehl aus, dass das Steuerventil 27C zu öffnen ist, so dass der Vorsteueröldruck des Steuerventils 27C erzeugt wird. Gemäß dem Befehl von der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 28 wird der Ausleger 6 derart angesteuert, dass die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 2 in Richtung auf das Ziel-Grabgelände die Grenzgeschwindigkeit wird. Dadurch erfolgt eine Grabbegrenzungssteuerung bezüglich der Schneidkante 8a, und es wird die Geschwindigkeit des Löffels 8 in Richtung auf das Ziel-Grabgelände angepasst.
Darüber hinaus zeigt die Display-Steuereinheit 28 auf der Displayeinheit 29 das Ziel-Grabgelände auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten U an. Die Display-Steuereinheit 28 zeigt auf der Displayeinheit 29 auch die Ziel-Grabgeländedaten U und die zweidimensionalen Löffeldaten S an. Die Displayeinheit 29 ist zum Beispiel ein Monitor und zeigt verschiedene Informationsdaten des Baggers CM an. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Displayeinheit 29 ein HMI (Mensch-Maschine-Interface), das ein Anleitungsmonitor für computerunterstützte Konstruktion ist.
Die Display-Steuereinheit 28 kann eine Position in den lokalen Koordinaten berechnen, wie in dem globalen Koordinatensystem zu sehen ist, auf der Basis der Detektionsergebnisse des Positionsdetektors 20. Das lokale Koordinatensystem ist ein dreidimensionales Koordinatensystem mit Basis an einem Bagger 100. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenzposition Po des lokalen Koordinatensystems eine Referenzposition P0 an der Schwenkmitte des Drehkörpers 3 zum Beispiel. Die Ziel-Grabgeländedaten, die an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ausgegeben werden, werden zum Beispiel in lokale Koordinaten umgerechnet, während die weitere Berechnung in der Display-Steuereinheit 28 jedoch unter Verwendung der globalen Koordinaten erfolgt. Eine Eingabe von der Sensor-Steuereinheit 32 wird ebenfalls in das globale Koordinatensystem in der Display-Steuereinheit 28 umgerechnet.
Ferner holt die Erfassungseinheit 28C die Arbeitsmaschinendimensionsdaten, die die Auslegerlänge L1, die Stiellänge L2, die Löffellänge L3, die Kipplänge L4 und die Breitendimension des Löffels 8 enthalten, aus den in der Speichereinheit 28B gespeicherten Arbeitsmaschinendaten. Wahlweise können die Arbeitsmaschinendaten, die die Dimensionen der Arbeitsmaschine 2 enthalten, über die Eingabeeinheit 36 an die Erfassungseinheit 28C (Arbeitsmaschinendaten-Erfassungseinheit 281C) übermittelt werden.
Die Erfassungseinheit 28C (Löffelaußenformdaten-Erfassungseinheit 282C) erfasst auch die Außenformdaten des Löffels 8. Die Außenformdaten des Löffels 8 können in der Speichereinheit 28B gespeichert werden oder können über die Eingabeeinheit 36 durch die Erfassungseinheit 28C (Löffelaußenformdaten-Erfassungseinheit 282C) erfasst werden.
Die Erfassungseinheit 28C erfasst auch Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q auf der Basis des Positionsdetektionsergebnisses des Positionsdetektors 20. Die Erfassungseinheit 28C erfasst die Daten beim Antrieb des Baggers CM in Echtzeit.
Die Erfassungseinheit 28C (Ziel-Grabgelände-Erfassungseinheit 283C) erfasst auch die Ziel-Konstruktionsinformation (dreidimensionales Geländemodell) T, die ein dreidimensionales Geländemodell angibt, welches die Zielgestalt des Grabobjekts im Arbeitsbereich ist. Die Ziel-Konstruktionsinformation T enthält Ziel-Grabgeländedaten (zweidimensionale Geländemodelldaten), die die Ziel-Grabgeländeform angeben, welche eine zweidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Ziel-Grabgeländeinformation T in der Speichereinheit 28B der Display-Steuereinheit 28 gespeichert. Die Ziel-Konstruktionsinformation T enthält Koordinatendaten und Winkeldaten, die für die Generierung der Ziel-Grabgeländedaten U benötigt werden. Die Ziel-Konstruktionsinformation T wird der Display-Steuereinheit 28 über eine Funkkommunikationseinrichtung zugeleitet oder können zum Beispiel aus einem externen Speicher oder dergleichen in die Display-Steuereinheit 28 geladen werden.
Wie vorstehend beschrieben, detektiert der Kippwinkelsensor 70 in der vorliegenden Ausführungsform den Kippwinkel in dem globalen Koordinatensystem. In der Display-Steuereinheit 28 wird der Kippwinkel in dem globalen Koordinatensystem auf der Basis des Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q umgerechnet in den Kippwinkel δ in dem lokalen Koordinatensystem. Wahlweise lässt sich der Kippwinkel δ durch ein Verfahren ermitteln, bei welchem Stellungsinformationen von der IMU und die Information über das Einfahren des Kippzylinders 30 in der gleichen Weise wie für die Arbeitsmaschine 2 eingeholt werden und der Neigungswinkel berechnet wird.
Anschließend werden in der vorliegenden Ausführungsform die Ziel-Grabgeländedaten U spezifiziert, die das Ziel-Grabgelände angeben, welches eine zweidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts in der zur Löffelachse J3 senkrechten Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine ist (Schritt SP2). Die Spezifikation der Ziel-Grabgeländedaten U umfasst das Spezifizieren eines zur XZ-Ebene parallelen Querschnitts der Ziel-Konstruktionsinformation T. Die Spezifikation der Ziel-Grabgeländedaten U umfasst das Spezifizieren der Position (Y-Koordinate) in der Y-Achsenrichtung, in der der Querschnitt der Ziel-Konstruktionsinformation T zu führen ist. Die Ziel-Konstruktionsinformation T an dem Querschnitt, der die Y-Koordinate enthält, und parallel zur XZ-Ebene wird als spezifiziert als die Ziel-Grabgeländedaten U.
Wie in 18 dargestellt ist, wird die Ziel-Konstruktionsinformation T anhand von mehreren Dreieckpolygonen dargestellt. In der Ziel-Konstruktionsinformation T wird die Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine senkrecht zur Löffelachse J3 spezifiziert. Die Arbeitsebene die MP der Arbeitsmaschine ist einen Arbeitsebene (vertikale Drehebene) der Arbeitsmaschine 2, die durch die Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Drehkörpers 3 definiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Arbeitsebene Mp der Arbeitsmaschine eine Arbeitsebene des Stiels 6. Die Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine liegt parallel zur XZ-Ebene.
Die Position (Y-Koordinate des Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine) der Schneidkante 8a des Löffels 8 kann durch den Maschinenführer spezifiziert werden. Zum Beispiel kann der Maschinenführer in die Eingabeeinheit 36 Daten eingeben, die sich auf die spezifizierte Y-Koordinate beziehen. Die spezifizierte Y-Koordinate wird durch die Erfassungseinheit 28C erfasst. Die Erfassungseinheit 28C ermittelt den Querschnitt der Ziel-Konstruktionsinformation T mit der Y-Koordinate in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine. Folglich erfasst die Ziel-Grabgelände-Berechnungseinheit 283C die Ziel-Grabgeländedaten U an der spezifizierten Koordinate Y.
Wahlweise kann als Y-Koordinate der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine eine Koordinate Y eines Punkts an der Oberfläche der Ziel-Konstruktionsinformation in einer kürzesten Entfernung zu dem Löffel 8 spezifiziert werden.
Die Display-Steuereinheit 28 ermittelt zum Beispiel auf der Basis der Ziel-Konstruktionsinformation T und der spezifizierten Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine eine Schnittlinie E zwischen der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine und der Ziel-Konstruktionsinformation T als eine Kandidatenlinie, wie in 18 dargestellt ist.
Die Display-Steuereinheit 28 definiert einen Punkt unmittelbar unterhalb der Schneidkante 8a an der Kandidatenlinie des Ziel-Grabgeländes als Referenzpunkt AP des Ziel-Grabgeländes. Die Display-Steuereinheit 28 bestimmt einen oder mehrere Knickpunkte vor oder neben dem Referenzpunkt AP des Zielgrabens und Linien vor und neben demselben als das Ziel-Grabgelände des Grabobjekts. Die Display-Steuereinheit 28 generiert die Ziel-Grabgeländedaten U in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine 2.
Die Berechnungseinheit 28A (Berechnungseinheit 283A für zweidimensionale Löffeldaten) der Sensor-Steuereinheit 32 ermittelt zweidimensionale Löffeldaten S, die die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Parameter (Daten), die Schritt SP1 ermittelt wurden (Schritt SP3).
19 ist eine Rückseitenansicht, die schematisch ein Beispiel ein Beispiel des Löffels 8 in einem gekippten Zustand zeigt. 20 ist eine Seitenansicht in einem Querschnitt entlang der Linie A-A in 19. 21 ist eine Seitenansicht in einem Querschnitt entlang der Linie B-B in 19. 22 ist eine Seitenansicht in einem Querschnitt entlang der Linie C-C in 19.
Da der Löffel 8 in der vorliegenden Ausführungsform gekippt wird, ändert sich die Außenform (Kontur) des Löffels 8 in der XZ-Ebene mit dem Kippwinkel δ. Wie in den 20, 21 und 22 dargestellt ist, sind ferner die Außenformen (Konturen) des Löffels 8 in den jeweiligen Querschnitten verschieden, wenn die Y-Koordinaten der Querschnitte parallel zur XZ-Ebene verschieden sind. Ferner ändert sich mit der Neigung des Löffels 8 die Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8.
Bei einem Löffel (als Standardlöffel bezeichnet) ohne Kippmechanismus sind die Außenformen (Konturen) des Löffels in Querschnitten parallel zur XZ-Ebene bei unterschiedlichen Y-Koordinaten im Wesentlichen die gleichen. Bei einem Kipplöffel jedoch ändert sich die Außenform des Löffels 8 in einem Querschnitt parallel zur XZ-Ebene mit der Y-Koordinate abhängig von der Neigung (Kippwinkel δ) des Löffels 8. Daher ändern sich die Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 und die Außenform des Löffels 8 mit der Neigung des Löffels 8, und zumindest ein Teil des Löffels 8 kann in das Ziel-Grabgelände eintreten. Aus diesem Grund wird die Grabbegrenzungssteuerung unter Umständen nicht korrekt ausgeführt, wenn die Form (Querschnittform in der XZ-Ebene) des Löffels 8 zum Durchführen der Grabbegrenzungssteuerung nicht identifiziert ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ermittelt die Sensor-Steuereinheit 32 (Berechnungseinheit 283A für zweidimensionalen Löffel) die zweidimensionalen Löffeldaten S, die die Außenform eines Querschnitts des Löffels 8 angeben, entlang der zu steuernden Arbeitsebene MP de Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A der Arbeitsmaschinensteuerung 26 leitet die Entfernung d des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten S und der zweidimensionalen Modellgeländedaten U entlang der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine her (Schritt SP4) und führt eine Grabbegrenzungssteuerung bezüglich der Arbeitsmaschine 2 durch. Wie an späterer Stelle beschrieben wird, zeigt die Display-Steuereinheit 32 ferner das Ziel-Grabgelände und dergleichen auf der Displayeinheit 29 an (Schritt SP6). Dadurch wird ein Steuerungsobjekt auf der Basis der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine identifiziert, und die Grabbegrenzungssteuerung wird mit hoher Genauigkeit durchgeführt.
Ein Beispiel der Herleitung der zweidimensionalen Löffeldaten S wird nachstehend beschrieben. 23 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Ursprung des lokalen Koordinatensystems ist die Referenzposition PO an der Schwenkmitte des Drehkörpers 3. Die Position des vorderen Endbereichs 8a des Löffels 8 in dem lokalen Koordinatensystem ist Pa.
Die Arbeitsmaschine 2 hat ein erstes Gelenk, das um die Auslegerachse J1 drehbar ist, ein zweites Gelenk, das um die Stielachse J2 drehbar ist, und ein drittes Gelenk, das um die Löffelachse J3 drehbar ist, und ein viertes Gelenk, das um die Kippachse J4 drehbar ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, neigt sich die Kippachse J4 infolge der Drehung des Löffels 8 um die Löffelachse J3 in die θY-Richtung. Die Funktionen der jeweiligen Gelenke lassen sich durch die nachstehenden Ausdrücke (1) bis (6) angeben. Ausdruck (1) ist eine Gleichung für eine Koordinatenumrechnung des Ursprungs (Referenzposition P0) und des Auslegerfußes. Ausdruck (2) ist eine Gleichung für eine Koordinatenumrechnung des Auslegerfußes und der Auslegerspitze. Ausdruck (3) ist eine Gleichung für eine Koordinatenumrechnung der Auslegerspitze und der Stielspitze. Ausdruck (4) ist eine Gleichung für eine Koordinatenumrechnung der Stielspitze und eines Endes der Kippachse J4. Ausdruck (5) ist eine Gleichung für eine Koordinatenumrechnung des einen Endes und des anderen Endes der Kippachse J4. Ausdruck (6) ist eine Gleichung für eine Koordinatenumrechnung des anderen Endes der Kippachse J4 und des Löffels 8.
In den Ausdrücken (1) bis (6) sind mit xboom-foot, mit yboom-foot und mit zboom-foot die Koordinaten des Auslegers in dem lokalen Koordinatensystem angegeben. Lboom entspricht der Auslegerlänge L1. Larm entspricht der Stiellänge L2. Lbucket_corrected entspricht einer in 2 dargestellten korrigierten Löffellänge. Ltilt entspricht der Kipplänge L4. θarm entspricht dem Stielwinkel β. θbucket entspricht dem Löffelwinkel γ. θtilt_x entspricht dem Kippwinkel δ. θtilt_y ist ein Winkel, der in 2 dargestellt ist.
Somit werden die Koordinaten (xarm-top, yarm-top, zarm-top) der Stielspitze bezüglich des Ursprungs in dem lokalen Koordinatensystem aus von folgenden Ausdruck (7) abgleitet.
Die Außenformdaten des Löffels 8 enthalten die Koordinatendaten der Schneidkante 8a des Löffels 8 und mehrere Positionen (Punkte) an der Außenfläche des Löffels 8. Wie in 24 dargestellt ist, enthalten die Außenformdaten des Löffels 8 in der vorliegenden Ausführungsform erste Konturdaten der Außenfläche des Löffels 8 an einem Ende in der Breitenrichtung des Löffels 8 und zweite Konturdaten der Außenfläche des Löffels 8 an dem anderen Ende. Die ersten Konturdaten enthalten Koordinaten von sechs Konturpunkten J an einem Ende des Löffels 8. Die zweiten Konturdaten enthalten Koordinaten von sechs Konturpunkten K an dem anderen Ende des Löffels 8. Die Koordinaten der Konturpunkte J und die Koordinaten der Konturpunkte K sind Koordinatendaten, die auf den Koordinaten des vorderen Endbereich 8a basieren. Die Positionsverhältnisse der Koordinaten des vorderen Endbereichs 8a, der Koordinaten der Konturpunkte J und der Koordinaten der Konturpunkte K sind aus den Außenformdaten des Löffels 8 bekannt. Daher können die Koordinaten der jeweiligen Konturpunkte J und der jeweiligen Konturpunkte K bezüglich des Ursprungs ermittelt werden, indem das Positionsverhältnis zwischen dem Ursprung des lokalen Koordinatensystems und den Koordinaten des vorderen Endbereichs ermittelt wird.
Wenn die Außenformdaten des Löffels 8 (Koordinaten der Kontur) dargestellt werden durch (xbucket-outline, ybucket-outline, zbucket-outline), können die Koordinaten der Konturpunkte 8 bezüglich des Ursprungs durch die folgende Gleichung (8) hergeleitet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl von Konturpunkten J und der Konturpunkte K insgesamt zwölf. Wenn die Koordinaten der Konturpunkte J und der Konturpunkte K in den Außenformdaten des Löffels 8 dargestellt werden durch (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), ... (x12, y12, z12), können die Koordinaten (x1', y1', z1'), (x2', y2, z2'), ..., (x12', y12', z12') der Konturpunkte J und der Konturpunkte K des Löffels 8 bezüglich des Ursprungs kann durch den folgenden Ausdruck (9) hergeleitet werden.
Nach dem Ermitteln der Koordinaten der mehreren Konturpunkte J und Konturpunkte KL auf der Basis der Arbeitsmaschinenwinkeldaten, der Arbeitsmaschinendimensionsdaten, der Außenformdaten des Löffels 8 und der Kippwinkeldaten ermittelt die Berechnungseinheit 28A die zweidimensionalen Löffeldaten S, die die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine darstellen.
25 zeigt schematisch die Relation der Konturpunkte J, der Konturpunkte K und der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine. Wie vorstehend beschrieben wurde, werden als Ergebnis der Ermittlung der Koordinaten von mehreren Konturpunkten Ji (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) und mehreren Konturpunkten Ki (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) in dem lokalen Koordinatensystem Linien Hi (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) erhalten, die die Konturpunkte Li und die Konturpunkt Ki verbinden. Außerdem wird in Schritt SP2 die Position (Y-Koordinate) der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine in der zur Löffelachse J3 parallelen Richtung spezifiziert. Dadurch kann die Berechnungseinheit 28A ( zweidimensionale Löffeldaten-Berechnungseinheit 283A) die zweidimensionalen Löffeldaten S ermitteln, die die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Schnittpunkte Ni (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) zwischen der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine und den Linien Hi ermitteln. Auf diese Weise kann die Berechnungseinheit 28A in der vorliegenden Ausführungsform die zweidimensionalen Löffeldaten S, die die mehreren Konturpunkte (Schnittpunkte) Ni enthalten, auf der Basis der ersten Konturpunktdaten, die Koordinatendaten der mehreren Konturpunkte Ji in dem lokalen Koordinatensystem enthalten, der zweiten Konturpunktdaten, die Koordinatendaten der mehreren Konturpunkte Ki in dem lokalen Koordinatensystem enthalten, und der Positionsdaten der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine in der Y-Achsenrichtung parallel zur Löffelachse J3.
Es ist anzumerken, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zum Ableiten der Konturpunkte Ji und der Konturpunkte Ki in dem lokalen Koordinatensystem ein Beispiel darstellt. Die Koordinaten der Konturpunkte Ji und die Konturpunkte Ki in dem lokalen Koordinatensystem beim Antrieb der Arbeitsmaschine 2 können ermittelt werden, und die zweidimensionalen Löffeldaten S können auf der Basis der Arbeitsmaschinenwinkeldaten, die den Auslegerwinkel α, den Stielwinkel β und den Löffelwinkel γ enthalten, der Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2, die die Auslegerlänge L1, die Stiellänge L2, die Löffellänge L3 und die Kipplänge L4 enthalten, der Außenformdaten des Löffels 8, die die Breitendimension des Löffels 8 enthalten, der Koordinatendaten der Konturpunkte Ji und der Konturpunkte Ki und der Kippwinkeldaten, die den Kippwinkel δ angeben, ermittelt werden. Die Änderungen der Koordinaten der Konturpunkte J und K mit der Änderung des Kippachsenwinkels ε können auf der Basis des Löffelwinkels γ und der Kipplänge L4 eindeutig ermittelt werden.
Zum Beispiel können die Koordinaten der Schneidkante 8a in dem lokalen Koordinatensystem des Löffels 8 ohne Kippmechanismus abgeleitet werden von der Dimension der Arbeitsmaschine 2 (die Dimension des Auslegers 6, die Dimension des Stiels 7 und die Dimension des Löffels 8) und von den Arbeitsmaschinenwinkeln (Drehwinkel α, Drehwinkel β und Drehwinkel y). Nach der Ermittlung der Koordinaten der Schneidkante 8 des Löffels 8 oder der Koordinaten der Stielspitze können die Konturpunkte Ji, die Konturpunkte Ki und die zweidimensionalen Löffeldaten S auf der Basis der Kipplänge L4, der Breitendimension 15, des Kippwinkels δ und der Außenformdaten des Löffels 8, die auf den ermittelten Koordinaten basieren, ermittelt werden.
Die zweidimensionalen Löffeldaten S geben die aktuelle Position des Löffels 8 in dem lokalen Koordinatensystem an. Insbesondere enthalten die zweidimensionalen Löffeldaten S die Löffelpositionsdaten, die die aktuelle Position des Löffels 8 in der Arbeitsebene PM der Arbeitsmaschine angeben. Die zweidimensionalen Löffeldaten S werden von der Display-Steuereinheit 28 an die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ausgelesen. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 steuert die Arbeitsmaschine 2 auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten S.
Ein Beispiel der Grabbegrenzungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend anhand des Flussdiagramms von 26 und der Diagramme der 27 bis 34 beschrieben. 26 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Grabbegrenzungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird das Ziel-Grabgelände festgelegt (Schritt SA1). Nach dem Festlegen des Ziel-Grabgeländes bestimmt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 Zielgeschwindigkeiten VC der Arbeitsmaschine 2 (Schritt SA2). Die Zielgeschwindigkeiten VC der Arbeitsmaschine 2 enthalten eine Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm, eine Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und eine Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist eine Geschwindigkeit der Schneidkante 8a, wenn nur der Auslegerzylinder 10 angetrieben wird. Die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am ist eine Geschwindigkeit der Schneidkante 8a, wenn nur der Stiel 7 angetrieben wird. Die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt ist eine Geschwindigkeit der Schneidkante 8a, wenn nur der Löffelzylinder 12 angetrieben wird. Die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm wird berechnet auf der Basis des Auslegerbedienbetrags. Die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am wird berechnet auf der Basis des Stielbedienbetrags. Die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt wird berechnet auf der Basis des Löffelbedienbetrags.
Die Zielgeschwindigkeitsinformation, die die Relation zwischen dem Vorsteueröldruck, der in Verbindung mit dem Auslegerbedienbetrag von den Drucksensoren 66A und 66B eingeholt wird, und der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm definiert, wird in der Speichereinheit der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 gespeichert. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 bestimmt die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in Verbindung mit dem Auslegerbedienbetrag auf der Basis der Zielgeschwindigkeitsinformation. Die Zielgeschwindigkeitsinformation ist zum Beispiel ein Graph, der die Höhe der Zielgeschwindigkeit in Verbindung mit dem Auslegerbedienbetrag beschreibt. Die Zielgeschwindigkeitsinformation kann in Form einer Tabelle oder eines mathematischen Ausdrucks vorliegen. Die Zielgeschwindigkeitsinformation enthält Informationen, die die Relation zwischen dem Vorsteueröldruck, der von dem Drucksensor 66A oder 66B eingeholt wird, in Verbindung mit dem Stielbedienbetrag und der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am definieren. Die Ziel-Geschwindigkeitsinformation enthält Informationen, die die Relation zwischen dem Vorsteueröldruck, der von dem Drucksensor 66A oder 66B eingeholt wird, in Verbindung mit dem Stielbedienbetrag und der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt definiert. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 bestimmt die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am in Verbindung mit dem Stielbedienbetrag auf der Basis der Zielgeschwindigkeitsinformation. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 bestimmt die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt in Verbindung mit dem Löffelbedienbetrag auf der Basis der Ziel-Geschwindigkeitsinformation.
Wie in 27 dargestellt ist, wandelt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in eine Geschwindigkeitskomponente (vertikale Geschwindigkeitskomponente) Vcy_bm in der zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes senkrechten Richtung und in eine Geschwindigkeitskomponente (horizontale Geschwindigkeitskomponente) Vcx_bm in der zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes parallelen Richtung um (Schritt SA3).
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ermittelt eine Neigung der vertikalen Achse (Schwenkachse AX des Drehkörpers 3) des lokalen Koordinatensystems bezüglich der vertikalen Achse des globalen Koordinatensystems und eine Neigung der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes bezüglich der vertikalen Achse des globalen Koordinatensystems aus den Referenzpositionsdaten P, dem Ziel-Grabgelände etc. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ermittelt den Winkel β2, der die Neigung zwischen der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes angibt, aus den ermittelten Neigungen.
Wie in 28 dargestellt ist, wandelt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm anhand des Winkels β2 zwischen der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm durch die Anwendung einer trigonometrischen Funktion in eine Geschwindigkeitskomponente VL1_bm in Richtung der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und in eine Geschwindigkeitskomponente VL2_bm in Richtung der horizontalen Achse desselben um.
Wie 29 zeigt, wandelt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die Geschwindigkeitskomponente VL1_bm in Richtung der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und die Geschwindigkeitskomponente VL2 in Richtung der horizontalen Achse desselben durch die Anwendung einer trigonometrischen Funktion in eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bm und in eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bm bezüglich des Ziel-Grabgeländes um, auf der Basis der Neigung β1 zwischen der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes. Ähnlich wandelt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die Ziel-Stielgeschwindigkeit Vc_am in eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am in Richtung der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und in eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_am um. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 wandelt die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt in eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt in Richtung der vertikalen Achse des lokalen Koordinatensystems und in eine horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bkt um.
Wie 30 zeigt, ermittelt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 eine Entfernung d zwischen der Schneidkante 8a des Löffels und dem Ziel-Grabgelände (Schritt SA4). Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 berechnet die kürzeste Entfernung d zwischen der Schneidkante 8a des Löffels 8 und der Oberfläche des Ziel-Grabgeländes aus der Positionsinformation der Schneidkante 8a, aus dem Ziel-Grabgelände etc. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Grabbegrenzungssteuerung durchgeführt auf der Basis der kürzesten Entfernung d zwischen der Schneidkante 8a des Löffels 8 und der Oberfläche des Ziel-Grabgeländes.
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 berechnet eine Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt der gesamten Arbeitsmaschine 2 auf der Basis der Entfernung d zwischen der Schneidkante 8a des Löffels 8 und der Oberfläche des Ziel-Grabgeländes (Schritt SA5). Die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt der gesamten Arbeitsmaschine 2 ist eine Bewegungsgeschwindigkeit der Schneidkante 8a des Löffels 8, die in der Richtung zulässig ist, in der sich die Schneidkante 8a dem Ziel-Grabgelände nähert. Die Grenzgeschwindigkeitsinformation, die eine Relation zwischen der Entfernung d und der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt definiert, wird in einem Speicher der Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 gespeichert.
31 zeigt ein Beispiel der Grenzgeschwindigkeitsinformation gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Entfernung d einen positiven Wert, wenn sich die Schneidkante 8a außerhalb der Fläche des Ziel-Grabgeländes befindet, d. h. auf der Seite der Arbeitsmaschine des Baggers 100, und die Entfernung d hat einen negativen Wert, wenn sich die Schneidkante 8a innerhalb der Fläche des Ziel-Grabgeländes befindet, d. h. innenseitig des Grabobjekts des Ziel-Grabgeländes. Wie 30 zeigt, hat die Entfernung d einen positiven Wert, wenn sich die Schneidkante über der Oberfläche des Ziel-Grabgeländes befindet. Die Entfernung d hat einen negativen Wert, wenn sich die Schneidkante 8a unter der Oberfläche des Ziel-Grabgeländes befindet. Ferner hat die Entfernung d einen positiven Wert, wenn sich die Schneidkante 8a in einer Position befindet, in der sie nicht in das Ziel-Grabgelände eintritt. Die Entfernung d hat einen negativen Wert, wenn sich die Schneidkante 8a in einer Position befindet, in der die Schneidkante 8a in das Ziel-Grabgelände eintritt. Die Entfernung ist 0, wenn sich die Schneidkante 8a auf dem Ziel-Grabgelände befindet, d. h. wenn sich die Schneidkante 8a mit dem Ziel-Grabgelände in Kontakt befindet.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schneidkante 8a von der Innenseite in Richtung zur Außenseite des Ziel-Grabgeländes bewegt, einen positiven Wert, und die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schneidkante 8a von der Außenseite in Richtung zur Innenseite des Ziel-Grabgeländes bewegt, einen negativen Wert. Das heißt, die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schneidkante 8a von dem Ziel-Grabgelände nach oben bewegt, hat einen positiven Wert, und die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schneidkante 8a von dem Ziel-Grabgelände nach unten bewegt, hat einen negativen Wert.
In der Grenzgeschwindigkeitsinformation ist der Anstieg der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt bei einer Entfernung d zwischen d1 und d2 geringer als bei einer Entfernung d gleich oder größer d1 oder gleich oder kleiner d2. d1 ist größer als 0. d2 ist kleiner als 0. Bei einem Betrieb in der Nähe der Oberfläche des Ziel-Grabgeländes ist der Anstieg bei einer Entfernung d zwischen d1 und d2 kleiner bemessen als bei einer Entfernung d gleich oder größer d1 oder gleich oder kleiner d2, so dass eine mehr spezifische Einstellung der Grenzgeschwindigkeit möglich ist. Wenn die Entfernung d gleich oder größer d1 ist, hat die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt einen negativen Wert, und die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt wird mit einer größeren Entfernung d kleiner. Insbesondere wenn die Entfernung d gleich oder größer d1 ist, wenn die Schneidkante 8a über dem Ziel-Grabgelände weiter von dem Ziel-Grabgelände entfernt ist, ist die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schneidkante 8a nach unterhalb des Ziel-Grabgeländes bewegt, höher, und der Absolutwert der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt ist größer. Wenn die Entfernung d gleich oder kleiner 0 ist, hat die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt einen positiven Wert, und die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt wird mit kürzerer Entfernung d größer. Insbesondere wenn die Entfernung d, ab der sich die Schneidkante 8a des Löffels weiter von dem Ziel-Grabgelände wegbewegt, gleich oder kleiner 0 ist, wenn die Schneidkante 8a unter dem Ziel-Grabgelände weiter von dem Ziel-Grabgelände entfernt ist, ist die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Schneidkante 8a von dem Ziel-Grabgelände nach oben bewegt, höher, und der Absolutwert der Grenzgeschwindigkeit Vcy-lmt ist größer.
Wenn die Entfernung d gleicher oder größer einen vorgegebenen Wert dth1 ist, ist die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt gleich Vmin. Der vorgegebene Wert dth1 ist ein positiver Wert größer als d1. Vmin ist kleiner als der kleinste Wert der Zielgeschwindigkeit. Daher wird der Betrieb der Arbeitsmaschine 2 nicht eingeschränkt, wenn die Entfernung gleich dem oder größer als der vorgegebene Wert dth1 ist. Aus diesem Grund erfolgt keine Einschränkung des Betriebs der Arbeitsmaschine 2, d. h. eine Grabbegrenzungssteuerung wird nicht durchgeführt, wenn die Schneidkante 8a über dem Ziel-Grabgelände weit von dem Ziel-Grabgelände entfernt ist. Bei einer Entfernung d, die kleiner als der vorgegebene Wert dth1 ist, wird der Betrieb der Arbeitsmaschine 2 eingeschränkt. Ist die Entfernung d kleiner als der vorgegebene Wert dth1, erfolgt eine Einschränkung des Betriebs des Auslegers 6.
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 berechnet eine vertikale Geschwindigkeitskomponente (vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente) Vcy_bm_ltd der Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6 aus der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt der gesamten Arbeitsmaschine 2 und aus der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt (Schritt SA6).
Wie in 32 dargestellt ist, berechnet die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6, indem sie die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit von der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt der gesamten Arbeitsmaschine 2 subtrahiert.
Wie 33 zeigt, wandelt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 in die Grenzgeschwindigkeit (Ausleger-Grenzgeschwindigkeit) Vc_bm_Imt des Auslegers 6 um (Schritt SA7). Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 ermittelt die Relation zwischen der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes und der Richtung der Auslegergrenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt aus dem Drehwinkel α des Auslegers 6, dem Drehwinkel β des Stiels 7, dem Drehwinkel des Löffels 8, den Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P, dem Ziel-Grabgelände und dergleichen und wandelt die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 in die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt um. Die Berechnung erfolgt in diesem Fall umkehrt zu der vorstehend beschriebenen Berechnung zum Ermitteln der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bm in der Richtung senkrecht zu dem Ziel-Grabgelände aus der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Es wird dann eine Zylindergeschwindigkeit bestimmt, die dem Betrag der Intervention bezüglich des Auslegers entspricht, und es wird in Verbindung mit der Zylindergeschwindigkeit ein Freigabebefehl an das Steuerventil 27C ausgegeben.
Ein auf der Bedienung des Hebels basierender Vorsteuerdruck wird an der Ölleitung 43B angelegt, und ein auf der Intervention bezüglich des Auslegers basierender Vorsteuerdruck wird an der Ölleitung 43C angelegt. Das Wechselventil 51 wählt den größeren der Drücke (Schritt SA8).
Die Begrenzungsbedingung, um den Ausleger 6 beispielsweise zu senken, wird erfüllt, wenn die Auslegergrenzgeschwindigkeit Vc_bm_Imt des Auslegers 6 in der Abwärtsrichtung kleiner ist als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in der Abwärtsrichtung. Die Begrenzungsbedingung, um den Ausleger 6 beispielsweise anzuheben, wird erfüllt, wenn die Auslegergrenzgeschwindigkeit Vc_bm_Imt des Auslegers in der Aufwärtsrichtung größer ist als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm in der Aufwärtsrichtung.
Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 steuert die Arbeitsmaschine 2. Zum Steuern des Auslegers 6 überträgt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 an das Steuerventil 27C ein Auslegerbefehlssignal zum Steuern des Auslegerzylinders 10. Das Auslegerbefehlssignal hat einen Stromwert, der einer Ausleger-Befehlsgeschwindigkeit entspricht. Wenn notwendig, steuert die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 den Stiel 7 und den Löffel 8. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 überträgt an das Steuerventil 27 ein Stielbefehlssignal zum Steuern des Stielzylinders 11. Das Stielbefehlssignal hat einen Stromwert, der einer Stiel-Befehlsgeschwindigkeit entspricht. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 überträgt an das Steuerventil 27 ein Löffelbefehlssignal zum Steuern des Löffelzylinders 12. Das Löffelbefehlssignal hat einen Stromwert, der einer Löffel-Befehlsgeschwindigkeit entspricht.
Wenn die Begrenzungsbedingung nicht erfüllt wird, wählt das Wechselventil 51 die Zuführung von Hydrauliköl aus der Ölleitung 43B, und es findet der Normalbetrieb statt (Schritt SA9). Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 betätigt den Auslegerzylinder 10, den Stielzylinder 11 und den Löffelzylinder 12 entsprechend dem Bedienbetrag des Auslegers, dem Bedienbetrag des Stiels und dem Bedienbetrag des Löffels. Der Auslegerzylinder 10 arbeitet mit der Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm. Der Stielzylinder 11 arbeitet mit der Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am. Der Löffelzylinder 12 arbeitet mit der Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt.
Wenn die Begrenzungsbedingung erfüllt wird, wählt das Wechselventil 51 die Zuführung des Hydrauliköls aus der Ölleitung 43C, und es wird die Grabbegrenzungssteuerung durchgeführt (Schritt SA10).
Als Ergebnis der Subtraktion der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit von der Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt der gesamten Arbeitsmaschine 2 wird die Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 berechnet. Daher ist die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 ein negativer Wert, mit dem sich der Ausleger nach oben bewegt, wenn die Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt der gesamten Arbeitsmaschine 2 kleiner ist als die Summe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy-bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit.
Daher hat die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt einen negativen Wert. In diesem Fall bewegt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 27 den Ausleger 6 nach unten, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die niedriger als die Ausleger-Zielgeschwindigkeit Vc_bm ist. Es lässt sich daher verhindern, dass der Löffel 8 in das Ziel-Grabgelände eintritt, ohne dass sich der Maschinenführer unkomfortabel fühlt.
Wenn die Grenzgeschwindigkeit Vcy_lmt de gesamten Arbeitsmaschine 2 größer als die Summe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente Vcy_am der Stiel-Zielgeschwindigkeit und die vertikale Geschwindigkeitskomponente Cvy_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit ist, hat die vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_mt des Auslegers 6 einen positiven Wert. Dadurch hat die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt einen positiven Wert. In diesem Fall bewegt die Arbeitsmaschinen-Steuervorrichtung 26 den Ausleger 6 nach oben, auch wenn die Bedienvorrichtung 25 für eine Bewegung des Auslegers 6 nach unten betätigt wird. Auf diese Weise lässt sich ein noch weiteres Eindringen in das Ziel-Grabgelände rasch verhindern.
Wenn sich die Schneidkante 8a über dem Ziel-Grabgelände befindet, ist der Absolutwert der vertikalen Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt des Auslegers 6 bei einer Annäherung der Schneidkante 8a an das Ziel-Grabgelände kleiner, und der Absolutwert der Geschwindigkeitskomponente (horizontale Grenzgeschwindigkeitskomponente) Vcx_bm_lmt der Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6 in einer zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes parallelen Richtung ist ebenfalls kleiner. Dadurch werden die Geschwindigkeit des Auslegers 6 in der zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes senkrechten Richtung und die Geschwindigkeit des Auslegers 6 in der zur Oberfläche des Ziel-Grabgeländes parallelen Richtung bei einer Annäherung der Schneidkante 8a an das Ziel-Grabgelände gesenkt, wenn sich die Schneidkante 8a über dem Ziel-Grabgelände befindet. Infolge einer gleichzeitigen Bedienung des linken Bedienhebels 25L und des rechten Bedienhebels 25R durch den Maschinenführer des Baggers 100 werden der Ausleger 6, der Stiel 7 und der Löffel 8 gleichzeitig betätigt. Die vorstehend beschriebene Steuerung wird in diesem Fall unter der Annahme erläutert, dass die Zielgeschwindigkeiten Vc_bm, Cv_am und Vc_bkt des Auslegers 6, des Stiels 7 und des Löffels 8 eingegeben werden.
34 zeigt ein Beispiel einer Änderung der Grenzgeschwindigkeit des Auslegers 6, wenn die Entfernung d zwischen der Ziel-Geländeform und der Schneidkante 8a des Löffels 8 kleiner ist als der vorgegebene Wert dth1 und wenn sich die Schneidkante 8a des Löffels 8 von einer Position Pn1 in eine Position Pn2 bewegt. Die Entfernung zwischen der Schneidkante 8a und der Ziel-Grabfläche in der Position Pn2 ist kleiner als die Entfernung zwischen der Schneidkante 8a und dem Ziel-Grabgelände in der Position Pn1. Daher ist eine vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt2 des Auslegers 6 in der Position Pn2 kleiner als eine vertikale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcy_bm_lmt1 des Auslegers 6 in der Position Pn1. Die Ausleger-Grenzgeschwindigkeit Vc_bm_lmt2 in der Position Pn2 ist deshalb kleiner als die Auslegergrenzgeschwindigkeit Vc_bm-lmt1 in der Position Pn1. Außerdem ist eine horizontale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcx_bm_lmt2 des Auslegers 6 in der Position Pn2 kleiner als eine horizontale Grenzgeschwindigkeitskomponente Vcx_bm_lmt1 des Auslegers 6 in der Position Pn1. In diesem Fall werden die Stiel-Zielgeschwindigkeit Vc_am und die Löffel-Zielgeschwindigkeit Vc_bkt jedoch nicht begrenzt. Daher wird die vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_am und die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_am der Arm-Zielgeschwindigkeit und vertikale Geschwindigkeitskomponente Vcy_bkt die horizontale Geschwindigkeitskomponente Vcx_bkt der Löffel-Zielgeschwindigkeit nicht begrenzt.
Da der Stiel 7, wie vorstehend beschrieben, keiner Einschränkung unterzogen wird, zeigt sich eine Änderung des Bedienbetrags des Stiels entsprechend der Absicht des Baggerführers zu baggern in einer Änderung in einer Änderung der Geschwindigkeit der Schneidkante 8a des Löffels 8. Auf diese Weise lässt sich bei vorliegender Ausführungsform verhindern, dass sich der Baggerführer bei der Bedienung des Baggers zum Durchführen eines Baggervorgangs unkomfortabel fühlt, wenn ein noch weiteres Eindringen in das Ziel-Grabgelände unterbunden wird.
Wie vorstehend erläutert wurde, begrenzt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 in der vorliegenden Ausführungsform die Geschwindigkeit des Auslegers 6 derart, dass sich die relative Geschwindigkeit des Löffels 8, der sich in Richtung auf das Ziel-Grabgelände bewegt, abhängig von der Entfernung d zwischen dem Ziel-Grabgelände und der Schneidkante 8a verringert, auf der Basis des Ziel-Grabgeländes, das ein Geländemodell angibt, das eine Zielgestalt des Grabobjekts ist, und auf der Basis der Schneidkantenpositionsdaten, die die Position der Schneidkante 8a des Löffels 8 angeben. Die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 bestimmt eine Grenzgeschwindigkeit entsprechend der Entfernung d zwischen dem Ziel-Grabgelände und der Schneidkante 8a des Löffels 8 auf der Basis des Ziel-Grabgeländes, das ein Geländemodell angibt, welches die Zielgestalt des Grabobjekts ist, und auf der Basis der Schneidkantenpositionsdaten, die die Position der Schneidkante 8a des Löffels 8 angeben, und steuert die Arbeitsmaschine 2 derart, dass die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 2, die sich in Richtung auf das Ziel-Grabgelände bewegt, niedriger wird als die Grenzgeschwindigkeit. Dadurch wird die Schneidkante 8a der Grabbegrenzungssteuerung unterzogen, und es wird die Position der Schneidkante 8a relativ zu dem Ziel-Grabgelände automatisch angepasst.
Bei der Grabbegrenzungssteuerung (Interventionssteuerung) wird an das Steuerventil 27, das mit dem Auslegerzylinder 10 verbunden ist, ein Steuersignal ausgegeben, so dass die Position des Auslegers 6 derart gesteuert wird, dass ein Eindringen der Schneidkante 8a in das Ziel-Grabgelände verhindert wird. Die Interventionssteuerung wird durchgeführt, wenn die relative Geschwindigkeit Wa höher ist als die Grenzgeschwindigkeit V. Die Interventionssteuerung wird nicht durchgeführt, wenn die relative Geschwindigkeit Wa niedriger ist als die Grenzgeschwindigkeit V. Die Tatsache, dass die relative Geschwindigkeit Wa niedriger ist als die Grenzgeschwindigkeit V schließt einen Fall ein, in dem sich der Löffel 8 relativ zu dem Ziel-Grabgelände so bewegt, dass die Entfernung zwischen dem Löffel 8 und dem Ziel-Grabgelände größer wird.
In der vorliegenden Ausführungsform können zweidimensionale Löffeldaten S verwendet werden, um die relativen Positionen des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 herzuleiten, und es können zweidimensionale Löffeldaten S, die durch eine Umrechnung der Koordinaten von dem lokalen Koordinatensystem in ein polares Koordinatensystem ermittelt werden, zum Steuern der Arbeitsmaschine 2 verwendet werden. Wie zum Beispiel in 35 dargestellt ist, kann die Stielspitze (Löffelachse J3) der Ursprung des Polarkoordinatensystems sein, und mehrere Konturpunkte A, B, C, D und E des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine können durch die Entfernungen von dem Ursprungspunkt und durch die Winkel θA, θB, θC, θD und θE bezüglich einer Referenzlinie ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass die Referenzlinie eine Linie sein kann, die die Löffelachse J3 und den vorderen Endbereich 8a des Löffels 8 verbindet. Durch die Verwendung des Polarkoordinatensystems können das Ziel-Grabgelände beim Kippen des Löffels 8, der vordere Endbereich 8a des Löffels 8 und die Kontur in einem Querschnitt des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine korrekt berechnet werden. Es kann die Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem vorderen Endbereich 8a des Löffels korrekt berechnet werden, und es lässt sich die Genauigkeit der Grabsteuerung sicherstellen.
[Displayeinheit]
36 zeigt schematisch ein Beispiel der Displayeinheit 29. In der vorliegenden Ausführungsform zeigt die Displayeinheit 29 die zweidimensionalen Löffeldaten S, die die Ziel-Grabgeländedaten U und die Löffelpositionsdaten enthalten, an (Schritt SP6). Die Displayeinheit 29 zeigt zumindest die Entfernungsdaten, die die Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine angeben, oder zumindest die Außenformdaten, die die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine angeben, an.
Ein Bildschirm der Displayeinheit 29 enthält eine Vorderansicht 282, die das Ziel-Grabgelände und den Löffel 8 zeigt, und eine Seitenansicht 281, die das Ziel-Grabgelände und den Löffel 8 zeigt. Die Vorderansicht 282 enthält ein den Löffel 8 darstellendes Symbol 101 und eine Linie 102, die einen Querschnitt eines dreidimensionalen Geländemodells (Ziel-Konstruktionsinformation) darstellt. Die Vorderansicht 282 enthält auch Entfernungsdaten 291A, die die Entfernung (Entfernung in der Z-Achsenrichtung) zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 angeben, und Winkeldaten 292A, die einen Winkel zwischen dem Ziel-Grabgelände und der Schneidkante 8a angeben.
Die Seitenansicht 281 enthält ein Symbol 103, das den Löffel 8 darstellt, und eine Linie 104, die die Oberfläche des Ziel-Grabgeländes in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine darstellt. Das Symbol 103 stellt die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine dar. Die Seitenansicht 281 enthält auch Entfernungsdaten 292A, die die Entfernung (kürzeste Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8) zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 angeben, und Winkeldaten 292B, die einen Winkel zwischen dem Ziel-Grabgelände und der Unterseite des Löffels 8 angeben.
[Wirkungen]
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es erfindungsgemäß möglich, bei einem Kipplöffel die Grabbegrenzungssteuerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen, so dass der Löffel 8 am Eindringen in das Ziel-Grabgelände gehindert wird, auch wenn die Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 sich infolge einer Neigung des Löffels 8 ändert, da die Außenform des Löffels 8, der ein zu steuerndes Objekt bei der Grabbegrenzungssteuerung bildet, entlang der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine und das Ziel-Grabgelände erkannt werden.
Da in der vorliegenden Ausführungsform die zweidimensionalen Löffeldaten, die die Außenform des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2, der Außenformdaten des Löffels 8, der Arbeitsmaschinenwinkeldaten und der Kippwinkeldaten ermittelt werden, kann die Position der Schneidkante 8a des Löffels 8 in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine auch ermittelt werden, wenn sich der Kippwinkel des Löffels 8 ändert. Die relativen Positionen des Ziel-Grabgeländes und der Schneidkante 8a können daher genau ermittelt werden. Eine Minderung der Grabgenauigkeit kann verhindert werden, und die Konstruktion kann wie erwartet ausgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die Außenformdaten des Löffels 8 erste Konturdaten der Kontur des Löffels 8 an einem Ende in der Breitenrichtung des Löffels 8 und zweite Konturdaten der Kontur des Löffels 8 an dem anderen Ende, und die zweidimensionalen Löffeldaten werden auf der Basis der ersten Konturdaten, der zweiten Konturdaten und der Position der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine in der Richtung parallel zur Löffelachse. Dadurch lassen sich die zweidimensionalen Löffeldaten genau und schnell ermitteln.
In der vorliegenden Ausführungsform werden relative Positionen des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten, der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P, die die aktuelle Position des Fahrzeughauptkörpers 1 angeben, und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q, die die Stellung des Fahrzeughauptkörpers 1 angeben. Dadurch können relativen Positionen des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 genau ermittelt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Arbeitsmaschine 2 durch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten gesteuert, wodurch die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A die Entfernung d zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten S und dem Ziel-Grabgelände entlang der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine herleiten können, um die Arbeitsmaschine der Grabbegrenzungssteuerung zu unterziehen.
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26A eine Grenzgeschwindigkeit entsprechend der Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel 8 auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten U und der Löffelpositionsdaten und steuert die Arbeitsmaschine 2 derart, dass die Geschwindigkeit in der Richtung, in der sich die Arbeitsmaschine 2 dem Ziel-Grabgelände nähert, gleich der oder niedriger als die Grenzgeschwindigkeit wird. Dadurch wird der Löffel 8 an einem Eindringen in das Ziel-Grabgelände gehindert, und eine Verschlechterung der Baggergenauigkeit wird verhindert.
In der vorliegenden Ausführungsform werden das Ziel-Grabgelände und die Löffelpositionsdaten auf der Displayeinheit 26 angezeigt. Die Anordnung des Steuerungsobjekts erfolgt dadurch auf der Basis der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine, und die Grabbegrenzungssteuerung wird mit hoher Genauigkeit durchgeführt.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und die Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q des Baggers CM in dem globalen Koordinatensystem ermittelt werden und dass die relativen Positionen des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 in dem globalen Koordinatensystem ermittelt werden, unter Verwendung der Position (zweidimensionale Löffeldaten S) des Löffels 8, die in dem lokalen Koordinatensystem ermittelt wird, der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q. Die Ziel-Grabgeländedaten können in dem lokalen Koordinatensystem definiert werden, und es können die relativen Positionen des Ziel-Grabgeländes und des Löffels 8 in dem lokalen Koordinatensystem ermittelt werden. Das gleiche gilt für die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Grabbegrenzungssteuerung (Interventionssteuerung) durch die Verwendung von zweidimensionalen Löffeldaten S ausgeführt wird. Unter Umständen wird die Grabbegrenzungssteuerung nicht ausgeführt. Der Maschinenführer kann zum Beispiel auf die Displayeinheit 29 sehen und die Bedienvorrichtung 25 derart bedienen, dass sich der Löffel 8 entlang des Ziel-Grabgeländes in der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine bewegt. Das gleiche gilt für die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
[Verfahren zum Spezifizieren der Y-Koordinate der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine (zweite Ausführungsform)]
In der vorstehenden Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem die Y-Koordinate der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine durch den Maschinenführer spezifiziert wird. Im Folgenden wird ein weiteres Beispiel des Verfahrens zum Spezifizieren der Y-Koordinate der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine beschrieben.
Ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erfasst die Erfassungseinheit 28C die Ziel-Konstruktionsinformation T, die das Ziel-Grabgelände enthält und ein dreidimensionales Geländemodell angibt, das eine dreidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ermittelt die Berechnungseinheit 28A den nächsten Punkt, der von mehreren Messpunkten Pen, die auf der Basis der Arbeitsmaschinenwinkeldaten, der Kippwinkeldaten, der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P, der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q und der Außenformdaten des Löffels 8 definiert werden, zu der Oberfläche des Ziel-Konstruktionsinformation am nächsten liegt. Die Y-Koordinate der Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine wird derart spezifiziert, dass die Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine durch den nächsten Punkt verläuft.
Die Display-Steuereinheit 28 ermittelt Löffeldaten. Die Löffeldaten enthalten die Außenformdaten des Löffels 8 und die Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2. Ähnlich wie in der vorstehenden Ausführungsform sind die Außenformdaten des Löffels 8 und die Dimensionsdaten der Arbeitsmaschine 2 bekannte Daten. Die Außenformdaten des Löffels 8 enthalten die Außenform eines Hüftbereichs Löffels 8. Der Hüftbereich bezieht sich auf einen Teilbereich der Außenfläche des Löffels 8, der eine nach außen gewölbte Form hat.
Wie in 327 dargestellt ist, werden mehrere Messpunkte Pen (n = 1, 2, 3, 4, 5) an verschiedenen Positionen des Hüftbereichs des Löffels 8 festgelegt. Es werden mehrere Messpunkte Pen in einer sich mit der Breitenrichtung des Löffels 8 schneidenden Richtung festgelegt. Die Löffeldaten enthalten die Entfernungen En (n = 1, 2, 3, 4, 5) zwischen der Löffelachse J3 in der Strahlenrichtung hin zur Löffelachse J3 und den Messpunkten Pen. Die Löffeldaten enthalten Winkel φn (n = 1, 2, 3, 4, 5) zwischen der Referenzlinie und Linien, die die Löffelachse J3 und die Messpunkte Pen verbinden. In dem Beispiel, das in 28 dargestellt ist, ist die Referenzlinie eine Linie, die die Löffelachse J3 und den vorderen Endbereich 8a des Löffels 8 verbindet.
Die Display-Steuereinheit 28 erfasst Messpunkt-Positionsdaten, die die aktuellen Positionen der mehreren Messpunkte Pen des Löffels 8 beim Antrieb der Arbeitsmaschine angeben. Die Display-Steuereinheit 28 ermittelt auch Positionsdaten des vorderen Endbereichs, die die aktuelle Position des vorderen Endbereichs 8a des Löffels 8 angeben. Die Display-Steuereinheit 28 kann die Messpunkt-Positionsdaten, die die aktuelle Position der Messpunkte Pen in dem lokalen Koordinatensystem angegeben, und die Positionsdaten des vorderen Endbereichs, die die aktuelle Position des vorderen Endbereichs 8a angeben, auf der Basis der durch den Winkeldetektor 22 detektierten Arbeitsmaschinenwinkeldaten, der durch den Kippwinkelsensor 70 detektierten Kippwinkeldaten und der Löffeldaten, die bekannte Daten sind, erfassen.
Die Display-Steuereinheit 29 leitet auf der Basis der aktuellen Positionen der Messpunkte Pen des Löffels 8 und des erfassten dreidimensionalen Geländemodells die Ziel-Konstruktionsinformation und die Ziel-Grabgeländedaten U her, die das Ziel-Grabgelände angeben, das durch Schnittlinien (siehe die Schnittlinie E in 18), die sich mit der durch die Messpunkte Pen des Löffels 8 verlaufende XZ-Ebene schneiden.
Die Display-Steuereinheit 28 ermittelt auf der Basis der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q die aktuellen Positionen des vorderen Endbereichs 8a des Löffels 8 und der mehreren Messpunkte Pen und ermittelt anhand des vorderen Endbereichs und der Messpunkte Pen einen Punkt (den nächstliegenden Punkt), der zur Oberfläche der Ziel-Konstruktionsinformation am nächsten liegt.
Es werden mehrere Messpunkte nicht nur in der Richtung der Überschneidung mit der Breitenrichtung des Löffels 8 festgelegt, sondern auch in der Breitenrichtung des Löffels 8. 38 erläutert in einer schematischen Darstellung die kürzeste Entfernung zwischen dem vorderen Endbereich 8a des Löffels 8 und der Oberfläche der Ziel-Konstruktionsinformation. 38 entspricht einer Ansicht des Löffels 8 von oben.
Wie in 38 dargestellt ist, berechnet die Display-Steuereinheit 28 eine virtuelle Linie Lsa, die durch den vorderen Endbereich 8a des Löffels 8 verläuft und mit der Dimension des Löffels 8 in der Breitenrichtung übereinstimmt. Die Display-Steuereinheit 28 legt mehrere Messpunkte Ci (i = 1, 2, 3, 4, 5) auf der virtuellen Linie Lsa fest. Die Messpunkte Ci beziehen sich auf mehrere Positionen in der Breitenrichtung des Löffels 8 an dem vorderen Endbereich 8a. Die Display-Steuereinheit 28 ermittelt aktuelle Positionen der Messpunkte Ci auf der Basis der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q.
39 erläutert schematisch die kürzeste Entfernung zwischen dem Hüftbereich des Löffels 8 und der Oberfläche der Ziel-Konstruktionsinformation. 39 entspricht einer Ansicht des Löffels 8 von oben.
Wie in 39 dargestellt ist, berechnet die Display-Steuereinheit 28 eine virtuelle Linie LSen, die durch die Messpunkt Pen des Löffels 8 verläuft und mit der Dimension in der Breitenrichtung des Löffels 8 übereinstimmt. Die Display-Steuereinheit 28 legt mehrere Messpunkte Ceni (i = 1, 2, 3, 4, 5) auf der virtuellen Linie LSen fest. Die Messpunkte Ceni stellen mehrere Positionen in der Breitenrichtung des Löffels am Hüftbereich dar. Die Display-Steuereinheit 28 ermittelt die aktuellen Positionen der Messpunkte Ceni auf der Basis der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten P und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten Q.
Auf diese Weise werden in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Löffels 8 und auch in der Links-Rechts-Richtung (Breitenrichtung) des Löffels 8 mehrere Messpunkte vorgesehen. Dadurch sind die mehreren Messpunkte in einer Matrix an der Außenfläche des Löffels 8 vorgesehen.
40 erläutert schematisch die kürzeste Entfernung zwischen der Ziel-Konstruktionsinformation und dem Löffel 8 in einer Seitenansicht des Löffels 8. Wenn Schnittlinien der XZ-Ebenen, die durch die i-ten Messpunkte Ci, Ceni und die Oberfläche der Ziel-Konstruktionsinformation verlaufen, durch die Schnittlinien Mi dargestellt sind, berechnet die Display-Steuereinheit 28 die Entfernungen zwischen Schnittlinien MAi, MBi und MCi, die in den Schnittlinien Mi enthalten sind, und den i-ten Messpunkten Ci, Ceni. Hier wird eine senkrechte Linie, die durch die i-ten Messpunkte Ci, Ceni verläuft, für jede der Schnittlinien MAi, MBi und MCi, die in den Schnittlinien Mi enthalten sind, berechnet, um die Entfernungen zwischen den Schnittlinien MAi, MBi und MCi und den i-ten Messpunkten Ci, Ceni zu berechnen. Wie zum Beispiel in den 38, 39 und 40 gezeigt ist, ist der i-te Messpunkt Ci in einem Zielbereich A1 von Zielbereichen A1, A2 und A3 positioniert. Die Senkrechte zur Schnittlinie MAi, die durch den i-ten Messpunkt Ci verläuft, wird berechnet, und die Entfernungen Dai, Deni zwischen den i-ten Messpunkten Ci, Ceni und der Schnittlinie MAi werden berechnet. Wie ferner in den 38, 39 und 40 dargestellt ist, sind die i-ten Messpunkte Ci, Ceni in dem Zielbereich A3 der Zielbereiche A1, A2 und A3 positioniert. Die Senkrechte zur Schnittlinie MCi, die durch die i-ten Messpunkte Ci, Ceni verläuft, wird berechnet, und es werden die Entwurfsflächenabstände Daic, Denic zwischen den i-ten Messpunkten Ci, Ceni und der Schnittlinie MCi berechnet. Auf diese Weise ermittelt die Display-Steuereinheit 28 die kürzeste Entfernung, die von den Entfernungen, die berechnet werden können, eine Mindestentfernung ist, wie in den 38, 39 und 40 dargestellt ist.
Wenn derselbe Messpunkt Pe1 oder dieselbe Position der Schneidkante 8a in der Normalenrichtung der mehreren Schnittlinien MAi und MCi vorliegen, ermittelt die Display-Steuereinheit 28 mehrere Entfernungen Deli, Dai für die Messpunkte Pe1 oder die Schneidkante 8a.
Auf diese Weise wird von den mehreren Messpunkten (einschließlich der Messpunkte für den vorderen Endbereich 8a des Löffels 8), die in einer Matrix an der Außenfläche des Löffels festgelegt sind, der nächstliegende Messpunkt, der am nächsten zur Oberfläche der Ziel-Konstruktionsinformation liegt, auf der Basis der Fahrzeughauptkörper-Positionsinformationen und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsinformation Q ermittelt. Die Arbeitsebene MP der Arbeitsmaschine wird derart spezifiziert, dass diese durch den nächstliegenden Messpunkt verläuft.
Die Erfindung wurde anhand der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern erlaubt innerhalb ihres Rahmens verschiedene Modifikationen.
Als Beispiel einer Baumaschine in den vorliegenden Ausführungsformen wurde ein Bagger beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung bei einem Bagger beschränkt, sondern kann auch bei anderen Arten von Baumaschinen angewendet werden.
Die Erfassung der Position des Baggers CM in dem globalen Koordinatensystem ist nicht auf GNSS beschränkt, sondern kann auch durch andere Messvorrichtungen erfolgen. Daher ist die Erfassung der Entfernung d zwischen dem Löffel 8 und dem Ziel-Grabgelände nicht auf GNSS beschränkt, sondern kann durch die Verwendung anderer Messvorrichtungen erfolgen.
Betreffend den Bedienbetrag des Auslegers, den Bedienbetrag des Stiels und den Bedienbetrag des Löffels können Bediensignale der Hebelbetätigung in die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit 26 eingegeben werden und anstelle des Verfahrens, bei dem der Vorsteueröldruck verwendet wird, als Verfahren zur Ausgabe von elektrischen Signalen, die eine Bedienung der Bedienhebel (25R, 25L) anzeigen, angewendet werden. Die Prozesse, die von den Steuereinheiten ausgeführt werden, können auch von anderen Steuereinheiten ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeughauptkörper
2: Arbeitsmaschine
3: Drehkörper
4: Kabine
5: Fahrvorrichtung
5Cr: Raupenkette
6: Ausleger
7: Stiel
8: Löffel
9: Antriebsmaschinenraum
10: Auslegerzylinder
11: Stielzylinder
12: Löffelzylinder
13: Auslegerbolzen
14: Stielbolzen
15: Löffelbolzen
16: erster Hubsensor
17: zweiter Hubsensor
18: dritter Hubsensor
19: Geländer
20: Positionsdetektor
21: Antenne
22: Winkeldetektor
23: Positionssensor
24: Neigungssensor
25: Bedienvorrichtung
25F: Bedienpedal
25L: zweiter Bedienhebel
25R: erster Bedienhebel
25P: dritter Bedienhebel
26: Arbeitsmaschinen-Steuereinheit
27: Steuerventil
28: Display-Steuereinheit
29: Displayeinheit
30: Kippzylinder
32: Sensor-Steuereinheit
36: Eingabeeinheit
40A: kappenseitige Ölkammer
40B: stangenseitige Ölkammer
41: Haupthydraulikpumpe
42: Vorsteuerhydraulikpumpe
43: Hauptventil
51: Wechselventil
70: Kippwinkelsensor
80: Kippbolzen
81: Bodenplatte
82: Rückplatte
83: obere Platte
84: Seitenplatte
85: Seitenplatte
86: Öffnung
87: Halterung
88: Halterung
90: Verbindungselement
91: Plattenelement
92: Halterung
93: Halterung
94: erstes Verbindungselement
94P: erster Anlenkbolzen
95: zweites Verbindungselement
95P: zweiter Anlenkbolzen
96: oberer Löffelzylinderbolzen
97: Halterung
161: Drehrolle
162: zentrale Drehachse
163: Drehsensoreinheit
164: Gehäuse
200: Steuersystem
300: Hydraulikysystem
AX: Schwenkachse
CM: Baumaschine (Bagger)
J1: Auslegerachse
J2: Stielachse
J3: Löffelachse
J4: Kippachse
L1: Auslegerlänge
L2: Stiellänge
L3: Löffellänge
L4: Kipplänge
L5: Löffelbreitendimension
P: Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten
Q: Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten (Drehkörper-Orientierungsdaten)
S: zweidimensionale Löffeldaten
T: Ziel-Konstruktionsinformation
U: Ziel-Grabgeländedaten
α: Auslegerdrehwinkel
β: Stieldrehwinkel
γ: Löffeldrehwinkel
δ: Kippwinkel
ε: Kippachsenwinkel

Claims

Steuersystem für eine Baumaschine, umfassend eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, der relativ zu einem Fahrzeughauptkörper um eine Auslegerachse schwenkbar ist, einem Stiel, der relativ zu dem Ausleger um eine zur Auslegerachse parallele Stielachse schwenkbar ist, und einem Löffel, der relativ zu dem Stiel um eine zur Stielachse parallele Löffelachse und um eine zur Löffelachse senkrechte Kippachse schwenkbar ist, wobei das Steuersystem umfasst: eine erste Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Dimensionsdaten, enthaltend eine Dimension des Auslegers, eine Dimension des Stiels und eine Dimension des Löffels; eine zweite Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Außenformdaten des Löffels einschließlich Konturdaten einer Außenfläche des Löffels und Breitendaten des Löffels; eine dritte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Ziel-Grabgeländedaten, die ein Ziel-Grabgelände angeben, welches eine zweidimensionale Zielgestalt eines Grabobjekts in einer zur Löffelachse senkrechten Arbeitsebene der Arbeitsmaschine ist; eine vierte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Arbeitsmaschinenwinkeldaten, enthaltend Auslegerwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Auslegers um die Auslegerachse angeben, Stielwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Stiels um die Stielachse angeben, und Löffelwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Löffelachse angeben; eine fünfte Erfassungseinheit, die konfiguriert ist für die Erfassung von Kippwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Kippachse angeben; und eine Berechnungseinheit, die konfiguriert ist für die Ermittlung von zweidimensionalen Löffeldaten, die eine Außenform des Löffels in einer Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Dimensionsdaten, der Außenformdaten, der Arbeitsmaschinenwinkeldaten und der Kippwinkeldaten.
Steuersystem für eine Baumaschine nach Anspruch 1, wobei die Außenformdaten des Löffels erste Konturdaten einschließlich Kontur einer Außenfläche des Löffels an einem Ende in einer Breitenrichtung des Löffels und zweite Konturdaten einschließlich der Kontur der Außenfläche des Löffels an einem anderen Ende in der Breitenrichtung des Löffels enthalten, und wobei die Berechnungseinheit die zweidimensionalen Löffeldaten auf der Basis der ersten Konturdaten, einer Position der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine und einer Position der Schneidkante des Löffels ermittelt.
Steuersystem für eine Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinheit eine relative Position zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten, der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten, die eine aktuelle Position des Fahrzeughauptkörpers angeben, und der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten, die eine Stellung des Fahrzeughauptkörpers angeben, ermittelt.
Steuersystem für eine Baumaschine nach Anspruch 3, wobei die dritte Erfassungseinheit Ziel-Konstruktionsinformationen erfasst, die das Ziel-Grabgelände enthalten und dreidimensionales Geländemodell angeben, welches die dreidimensionale Zielgestalt des Grabobjekts ist, wobei die Berechnungseinheit den nächstliegenden Punkt, der am nächsten zu einer Oberfläche des dreidimensionalen Geländemodells liegt, von einer Vielzahl von Messpunkten, die an einem vorderen Endbereich des Löffels und an einer Außenfläche des Löffels festlegt sind, auf der Basis der Arbeitsmaschinenwinkeldaten, der Kippwinkeldaten, der Fahrzeughauptkörper-Positionsdaten, der Fahrzeughauptkörper-Stellungsdaten und der Außenformdaten des Löffels ermittelt und wobei die Arbeitsebene der Arbeitsmaschine durch den nächstliegenden Punkt verläuft.
Steuersystem für eine Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Arbeitsmaschinen-Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung der Arbeitsmaschine auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten.
Steuersystem für eine Baumaschine nach Anspruch 5, wobei die zweidimensionalen Löffeldaten Löffelpositionsdaten enthalten, die eine aktuelle Position des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, und wobei die Arbeitsmaschinen-Steuereinheit auf der Basis der Ziel-Grabgeländedaten und der Löffelpositionsdaten entsprechend einer Entfernung zwischen dem Ziel-Grabgelände und dem Löffel eine Grenzgeschwindigkeit bestimmt und eine Geschwindigkeit des Auslegers derart begrenzt, dass diese gleich der oder kleiner als die Grenzgeschwindigkeit in einer Richtung ist, in der sich die Arbeitsmaschine in Richtung auf das Ziel-Grabgelände bewegt.
Steuersystem für eine Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweidimensionalen Löffeldaten Löffelpositionsdaten enthalten, die eine aktuelle Position des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben und wobei das Steuersystem ferner eine Displayeinheit umfasst, die konfiguriert ist für die Anzeige der Ziel-Grabgeländedaten und der Löffelpositionsdaten.
Baumaschine, umfassend: einen unteren Fahrkörper; einen oberen Drehkörper, der durch den unteren Fahrkörper gestützt wird; eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, einem Stiel und einem Löffel und durch den oberen Drehkörper gestützt; und das Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zum Steuern einer Baumaschine, umfassend eine Arbeitsmaschine mit einem Ausleger, der relativ zu einem Fahrzeughauptkörper um eine Auslegerachse schwenkbar ist, einem Stiel, der relativ zu dem Ausleger um eine zur Auslegerachse parallele Stielachse schwenkbar ist, und einem Löffel, der relativ zu dem Stiel um eine zur Stielachse parallele Löffelachse und um eine zur Löffelachse senkrechte Kippachse schwenkbar ist, wobei das Verfahren umfasst: das Erfassen von Dimensionsdaten, enthaltend eine Dimension des Auslegers, eine Dimension des Stiels und eine Dimension des Löffels; das Erfassen von Außenformdaten des Löffels einschließlich Konturdaten einer Außenfläche des Löffels und Breitendaten des Löffels; das Erfassen von Arbeitsmaschinenwinkeldaten, enthaltend Auslegerwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Auslegers um die Auslegerachse angeben, Stielwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Stiels um die Stielachse angeben, und Löffelwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Löffelachse angeben; das Erfassen von Kippwinkeldaten, die einen Drehwinkel des Löffels um die Kippachse angeben; das Spezifizieren von Ziel-Grabgelandedaten, die ein Ziel-Grabgelände angeben, welches eine zweidimensionale Zielgestalt eines Grabobjekts in einer zur Löffelachse senkrechten Arbeitsebene der Arbeitsmaschine ist; das Ermitteln von zweidimensionalen Löffeldaten, die eine Außenform des Löffels in der Arbeitsebene der Arbeitsmaschine angeben, auf der Basis der Dimensionsdaten, der Außenformdaten, der Arbeitsmaschinenwinkeldaten und der Kippwinkeldaten; und das Steuern der Arbeitsmaschine auf der Basis der zweidimensionalen Löffeldaten.