DE112016000156T5

DE112016000156T5 - Steuervorrichtung für eine Baumaschine und Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine

Info

Publication number: DE112016000156T5
Application number: DE112016000156.8T
Authority: DE
Inventors: Jin Kitajima; Toru Matsuyama; Yuki Shimano
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: WO2017086488A1; KR20180062967A; DE112016000156B4; DE112016000156T8; JPWO2017086488A1; JP6271771B2; KR101907938B1; US20180230672A1; US10584463B2; CN107109818A

Abstract

Eine Steuereinrichtung für eine Baumaschine umfasst: eine Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit, die ausgebildet ist, Betätigungsbetragsdaten zu erfassen, die einen Betätigungsbetrag der Arbeitseinheit anzeigen, eine Betätigungsbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, einen Nicht-Betätigungs-Zustand eines Löffels auf der Basis der Betätigungsbetragsdaten zu bestimmen, eine Löffelsteuerbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, auf der Basis der Bestimmung des Nicht-Betätigungs-Zustands zu bestimmen, ob Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, und eine Arbeitseinheitssteuereinheit, die ausgebildet ist, ein Steuersignal zum Steuern des Löffels auszugeben, um einen Zustand der Arbeitseinheit beizubehalten, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Baumaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine.
Hintergrund
Auf einem technischen Gebiet, das Baumaschinen, wie etwa Bagger, betrifft, ist eine Baumaschine bekannt, die eine Arbeitseinheit aufweist, die gesteuert wird, um einen Löffel entlang eines Zielgrabungsprofils zu bewegen, das eine Zielform eines auszugrabenden Objekts anzeigt, wie in der Patentschrift 1 offenbart.
Liste der Literaturstellen
Patentschriften

Patentschrift 1: WO 2014/167718

ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
Beispielsweise wird zum Beenden der Ausgrabung des auszugrabenden Objekts gewünscht, dass die Arbeitseinheit angetrieben wird, während sie einen Winkel des Löffels bei einem konstanten Winkel relativ zum Zielgrabungsprofil beibehält. Wenn jedoch der Löffel immer bei einem konstanten Winkel gesteuert wird, wird die Betätigung einer Betätigungsvorrichtung durch eine Bedienperson beim Antreiben des Löffels nicht widergespiegelt, und der Bedienperson wird ein Gefühl der Fremdartigkeit vermittelt.
Eine Aufgabe eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung für eine Baumaschine, die die Steuerung eines Löffels bezüglich des Winkels zu einem angemessenen Zeitpunkt starten kann, und ein Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine bereitzustellen.
Lösung des Problems
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst bei einer Steuervorrichtung für eine Baumaschine, die eine Arbeitseinheit aufweist, die zumindest einen Löffel aufweist, die Steuereinrichtung für eine Baumaschine: eine Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit, die ausgebildet ist, Betätigungsbetragsdaten zu erfassen, die einen Betätigungsbetrag der Arbeitseinheit anzeigen; eine Betätigungsbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, einen Nicht-Betätigungs-Zustand des Löffels auf der Basis der Betätigungsbetragsdaten zu bestimmen; eine Löffelsteuerbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, auf der Basis der Bestimmung des Nicht-Betätigungs-Zustands zu bestimmen, ob Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind; und eine Arbeitseinheitssteuereinheit, die ausgebildet ist, ein Steuersignal zum Steuern des Löffels auszugeben, um einen Zustand der Arbeitseinheit beizubehalten, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst bei einem Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine, die eine Arbeitseinheit umfasst, die zumindest einen Löffel umfasst, das Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine: Erfassen von Betätigungsbetragsdaten, die einen Betätigungsbetrag der Arbeitseinheit anzeigen; Bestimmen eines Nicht-Betätigungs-Zustands des Löffels auf der Basis der Betätigungsbetragsdaten; Bestimmen, ob Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, auf der Basis der Bestimmung des Nicht-Betätigungs-Zustands; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern des Löffels, um einen Zustand der Arbeitseinheit beizubehalten, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Steuervorrichtung für eine Baumaschine, die die Steuerung des Löffels bezüglich des Winkels zu einem angemessenen Zeitpunkt starten kann, und das Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Baggers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
2 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Beispiel des Baggers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Betätigung einer Arbeitseinheit darstellt, die auf der Basis einer Arbeitseinheitssteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform angetrieben wird.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel einer Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
7 ist eine schematische Ansicht, die eine Planierungsunterstützungssteuerung und eine Löffelsteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Abstand und der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Steuern eines Baggers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
10 ist eine schematische Ansicht, die die Wirkungen der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Nach den Ausführungsformen beschriebene Bestandteile können in angemessener Weise miteinander kombiniert werden. Ferner kann es sein, dass einige der Bestandteile nicht verwendet werden.
[Baumaschine]
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Baumaschine 100 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel der Baumaschine 100 als ein Bagger beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird die Baumaschine 100 entsprechend als Bagger 100 bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Bagger 100 eine Arbeitseinheit 1, die durch Hydraulikdruck betätigt wird, einen Fahrzeugkörper 2, um die Arbeitseinheit 1 zu lagern, eine Fahreinheit 3, um den Fahrzeugkörper 2 zu lagern, eine Betätigungsvorrichtung 40, um die Arbeitseinheit 1 zu betätigen, und eine Steuervorrichtung 50, um die Arbeitseinheit 1 zu steuern. Der Fahrzeugkörper 2 kann um eine Schwenkachse RX schwenken, während er durch die Fahreinheit 3 gelagert wird. Der Fahrzeugkörper 2 ist oberhalb der Fahreinheit 3 angeordnet. Bei der folgenden Beschreibung wird der Fahrzeugkörper 2 passend als oberer Schwenkkörper 2 bezeichnet, und die Fahreinheit 3 wird passend als unterer Fahrkörper 3 bezeichnet.
Der obere Schwenkkörper 2 weist eine Kabine 4, in die die Bedienperson einsteigen kann, einen Maschinenraum 5 zur Aufnahme eines Motors, eine Hydraulikpumpe und der gleichen und Handläufe 6 auf. Die Kabine 4 weist einen Fahrersitz 4S auf, auf dem die Bedienperson sitzt. Der Maschinenraum 5 ist hinten in der Kabine 4 angeordnet. Die Handläufe 6 sind vor dem Maschinenraum 5 angeordnet.
Der untere Fahrkörper 3 weist ein Paar Ketten 7 auf. Die Ketten 7 werden gedreht, und der Bagger 100 fährt. Man beachte, dass der untere Fahrkörper 3 Räder (Reifen) aufweisen kann.
Die Arbeitseinheit 1 wird durch den oberen Schwenkkörper 2 gelagert. Die Arbeitseinheit 1 weist einen Löffel 11, die eine Schneidkante 10 aufweist, einen Stiel 12, der mit dem Löffel 11 verbunden ist, und einen Ausleger 13 auf, der mit dem Stiel 12 verbunden ist. Die Schneidkante 10 des Löffels 11 kann ein Kantenabschnitt vorspringender Zähne sein, der an dem Löffel 11 vorgesehen ist. Die Schneidkante 10 des Löffels 11 kann ein Kantenabschnitt einer geraden Schneide sein, der an dem Löffel 11 vorgesehen ist.
Der Löffel 11 ist mit einem Endabschnitt des Stiels 12 verbunden. Ein Basisendabschnitt des Stiels 12 ist mit einem Endabschnitt des Auslegers 13 verbunden. Ein Basisendabschnitt des Auslegers 13 ist mit dem oberen Schwenkkörper 2 verbunden.
Der Löffel 11 und der Stiel 12 sind miteinander durch einen Löffelbolzen verbunden. Der Löffel 11 wird durch den Stiel 12 so gelagert, dass sie um eine Drehachse AX1 drehbar ist. Der Stiel 12 und der Ausleger 13 sind miteinander durch einen Stielbolzen verbunden. Der Stiel 12 wird durch den Ausleger 13 so gelagert, dass er um eine Drehachse AX2 drehbar ist. Der Ausleger 13 und der obere Schwenkkörper 2 sind miteinander durch einen Auslegerbolzen verbunden. Der Ausleger 13 wird durch den Fahrzeugkörper 2 so gelagert, dass er um eine Drehachse AX3 drehbar ist.
Die Drehachse AX1, die Drehachse AX2 und die Drehachse AX3 sind parallel zueinander. Die Drehachsen AX1, AX2 und AX3 und eine zu der Schwenkachse RX parallele Achse sind orthogonal zueinander. In der folgenden Beschreibung werden die Achsenrichtungen der Drehachsen AX1, AX2 und AX3 passend als eine Richtung der Fahrzeugbreite des oberen Schwenkkörpers 2 bezeichnet, und eine sowohl zu den Drehachsen AX1, AX2 und AX3 als auch der Schwenkachse RX orthogonale Richtung wird passend als eine Längsrichtung des oberen Schwenkkörpers 2 bezeichnet. Eine Richtung nach vorne stellt eine Richtung zur Arbeitseinheit 1 hin relativ zur Bedienperson auf dem Fahrersitz 4S dar.
Man beachte, dass der Löffel 11 ein Kipplöffel sein kann. Der Kipplöffel ist ein Löffel, die in der Richtung der Fahrzeugbreite gekippt werden kann, indem der Löffelkippzylinder betätigt wird. Wenn der Bagger 100 auf einem geneigten Untergrund betätigt wird, wird der Löffel 11 in der Richtung der Fahrzeugbreite gekippt, um eine Neigung oder flachen Untergrund frei zu formen oder zu planieren.
Die Betätigungsvorrichtung 40 ist in der Kabine 4 angeordnet. Die Betätigungsvorrichtung 40 umfasst ein Betätigungselement, das durch die Bedienperson des Baggers 100 betätigt wird. Das Betätigungselement umfasst einen Betätigungshebel oder einen Joystick. Das Betätigungselement wird betätigt, um die Arbeitseinheit 1 zu betätigen.
Die Steuervorrichtung 50 umfasst ein Computersystem. Die Steuervorrichtung 50 umfasst einen Prozessor, wie etwa eine Zentralprozessoreinheit (CPU, Central Processing Unit), eine Speichervorrichtung, wie etwa einen Nur-Lese-Speicher (ROM, Read Only Memory) oder einen Direktzugriffsspeicher (RAM, Random Access Memory), und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstellenvorrichtung.
2 ist eine schematische Seitenansicht, die den Bagger 100 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in den 1 und 2 gezeigt wird, weist der Bagger 100 Hydraulikzylinder 20 zum Antreiben der Arbeitseinheit 1 auf. Die Hydraulikzylinder 20 werden durch Hydrauliköl angetrieben. Die Hydraulikzylinder 20 umfassen einen Löffelzylinder 21, zum Antreiben des Löffels 11, einen Stielzylinder 22, zum Antreiben des Stiels 12 und einen Auslegerzylinder 23 zum Antreiben des Auslegers 13.
Wie in 2 gezeigt, weist der Bagger 100 einen Löffelzylinderhubsensor 14, der an dem Löffelzylinder 21 angeordnet ist, einen Stielzylinderhubsensor 15, der an dem Stielzylinder 22 angeordnet ist, und einen Auslegerzylinderhubsensor 16 auf, der an dem Auslegerzylinder 23 angeordnet ist. Der Löffelzylinderhubsensor 14 detektiert eine Löffelzylinderlänge als eine Hublänge des Löffelzylinders 21. Der Stielzylinderhubsensor 15 detektiert eine Stielzylinderlänge als eine Hublänge des Stielzylinders 22. Der Auslegerzylinderhubsensor 16 detektiert eine Auslegerzylinderlänge als eine Hublänge des Auslegerzylinders 23.
Der Bagger 100 umfasst eine Positionsdetektionsvorrichtung 30 zum Detektieren einer Position des oberen Schwenkkörpers 2. Die Positionsdetektionsvorrichtung 30 umfasst einen Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 zum Detektieren einer Position des oberen Schwenkkörpers 2, die durch ein globales Koordinatensystem definiert wird, einen Lagedetektor 32 zum Detektieren einer Lage des oberen Schwenkkörpers 2 und einen Orientierungsdetektor 33 zum Detektieren einer Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2 auf.
Das globale Koordinatensystem (XgYgZg-Koordinatensystem) stellt ein Koordinatensystem dar, das eine Absolutposition anzeigt, die durch ein globales Positionsbestimmungssystem (Global Positioning System, GPS) definiert wird. Ein lokales Koordinatensystem (XYZ-Koordinatensystem) ist ein Koordinatensystem, das eine Relativposition bezüglich einer Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 des Baggers 100 anzeigt. Beispielsweise ist die Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Schwenkachse RX des oberen Schwenkkörpers 2 festgelegt. Man beachte, dass die Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Drehachse AX3 festgelegt sein kann. Die Positionsdetektionsvorrichtung 30 detektiert eine dreidimensionale Position des oberen Schwenkkörpers 2, die durch das globale Koordinatensystem definiert wird, einen Lagewinkel des oberen Schwenkkörpers 2 relativ zu einer horizontalen Ebene und die Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2 relativ zu einer Bezugsorientierung.
Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 umfasst einen GPS-Empfänger. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die dreidimensionale Position des oberen Schwenkkörpers 2, die durch das globale Koordinatensystem definiert wird. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert eine Position in einer Xg-Richtung, eine Position in einer Yg-Richtung, und eine Position in einer Zg-Richtung des oberen Schwenkkörpers 2.
Der obere Schwenkkörper 2 ist mit einer Mehrzahl von GPS-Antennen 31A versehen. Jede der GPS-Antennen 31A empfängt eine Funkwelle von einem GPS-Satellit und gibt ein Signal an den Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 aus, das auf der empfangenen Funkwelle basiert. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert Einbaupositionen P1 der GPS-Antennen 31A, die durch das globale Koordinatensystem definiert sind, auf der Basis des von der GPS-Antenne 31A gelieferten Signals. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert eine Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Basis der Einbaupositionen P1 der GPS-Antennen 31A.
Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert eine Einbauposition P1a einer GPS-Antenne 31A von zwei GPS-Antennen 31A und eine Einbauposition P1b der anderen GPS-Antenne 31A. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31A führt eine Berechnungsverarbeitung auf der Basis der Einbauposition P1a und der Einbauposition P1b aus und detektiert die Absolutposition Pg und die Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2 die Einbauposition P1a. Man beachte, dass die Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2 die Einbauposition P1b sein kann.
Der Lagedetektor 32 umfasst eine inertiale Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU). Der Lagedetektor 32 ist in dem oberen Schwenkkörper 2 vorgesehen, Der Lagedetektor 32 ist an einem unteren Abschnitt der Kabine 4 angeordnet. Der Lagedetektor 32 detektiert den Lagewinkel des oberen Schwenkkörpers 2 relativ zu einer horizontalen Ebene (XgYg-Ebene). Der Lagewinkel 2 relativ zu der horizontalen Ebene umfasst einen Lagewinkel θa des oberen Schwenkkörpers 2 in einer Richtung der Fahrzeugbreite und einen Lagewinkel θb des oberen Schwenkkörpers 2 in einer Längsrichtung.
Der Orientierungsdetektor 33 weist eine Funktion auf, die Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2 relativ zu der Bezugsorientierung, die durch das globale Koordinatensystem definiert wird, auf der Basis der Einbauposition P1a einer GPS-Antenne 31A und der Einbauposition P1b der anderen GPS-Antenne 31A zu detektieren. Die Bezugsorientierung ist beispielsweise nach Norden. Der Orientierungsdetektor 33 führt auf der Basis der Einbauposition P1a und der Einbauposition P1b eine Berechnungsverarbeitung durch und detektiert die Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2 relativ zu der Bezugsorientierung. Der Orientierungsdetektor 33 berechnet eine Gerade, die die Einbauposition P1a und die Einbauposition P1b miteinander verbindet, und detektiert die Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2 relativ zu der Bezugsorientierung auf der Basis eines Lagewinkels θc, der zwischen der berechneten Geraden und der Bezugsorientierung gebildet wird.
Man beachte, dass der Orientierungsdetektor 33 von der Positionsdetektionsvorrichtung 30 getrennt sein kann. Der Orientierungsdetektor 33 kann die Orientierung des oberen Schwenkkörpers 2 unter Verwendung eines Magnetsensors detektieren.
Der Bagger 100 umfasst einen Schneidkantenpositionsdetektor 34 zum Detektieren einer Relativposition der Schneidkante 10 bezüglich der Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2.
Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet der Schneidkantenpositionsdetektor 34 die Relativposition der Schneidkante 10 bezüglich der Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Basis eines Ergebnisses der Detektion durch den Löffelzylinderhubsensor 14, eines Ergebnisses der Detektion durch den Stielzylinderhubsensor 15, eines Ergebnisses der Detektion durch den Auslegerzylinderhubsensor 16, einer Länge L11 des Löffels 11, einer Länge L12 des Stiels 12 und einer Länge L13 des Auslegers 13.
Der Schneidkantenpositionsdetektor 34 berechnet einen Lagewinkel θ11 der Schneidkante 10 des Löffels 11 relativ zum Stiel 12 auf der Basis der Löffelzylinderlänge, die durch den Löffelzylinderhubsensor 14 detektiert wird. Der Schneidkantenpositionsdetektor 34 berechnet einen Lagewinkel θ12 des Stiels 12 relativ zum Ausleger 13 auf der Basis der Stielzylinderlänge, die durch den Stielzylinderhubsensor 15 detektiert wird. Der Schneidkantenpositionsdetektor 34 berechnet einen Lagewinkel θ13 des Auslegers 13 relativ zu einer Z-Achse des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Basis der Auslegerzylinderlänge, die durch den Auslegerzylinderhubsensor 16 detektiert wird.
Die Länge L11 des Löffels 11 ist ein Abstand zwischen der Schneidkante 10 des Löffels 11 und der Drehachse AX1 (Löffelbolzen). Die Länge L12 des Stiels 12 ist ein Abstand zwischen der Drehachse AX1 (Löffelbolzen) und der Drehachse AX2 (Stielbolzen). Die Länge L13 des Auslegers 13 ist ein Abstand zwischen der Drehachse AX2 (Stielbolzen) und der Drehachse AX3 (Auslegerbolzen).
Der Schneidkantenpositionsdetektor 34 berechnet die Relativposition der Schneidkante 10 bezüglich der Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Basis des Lagewinkels θ11, des Lagewinkels θ12, des Lagewinkels θ13, der Länge L11, der Länge L12 und der Länge L13.
Ferner berechnet der Schneidkantenpositionsdetektor 34 eine Absolutposition Pb der Schneidkante 10 auf der Basis der Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2, die durch die Positionsdetektionsvorrichtung 30 detektiert wurde, und der Relativposition zwischen der Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 und der Schneidkante 10. Eine Relativposition zwischen der Absolutposition Pg und der Bezugsposition Ps sind bekannte Daten, die aus den Spezifikationsdaten des Baggers 100 abgeleitet werden. Dementsprechend kann der Schneidkantenpositionsdetektor 34 die Absolutposition Pb der Schneidkante 10 auf der Basis der Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2, der Relativposition zwischen der Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 und der Schneidkante 10 und den Spezifikationsdaten des Baggers 100 berechnen.
Man beachte, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Zylinderhubsensoren 14, 15 und 16 zur Detektion der Lagewinkel θ11, θ12 und θ13 verwendet werden, die Zylinderhubsensoren 14, 15 und 16 aber nicht notwendigerweise verwendet werden. Beispielsweise kann der Schneidkantenpositionsdetektor 34 einen Winkelsensor, wie etwa ein Potentiometer, eine Wasserwaage oder dergleichen, verwenden, um den Lagewinkel θ11 des Löffels 11, der Lagewinkel θ12 des Stiels 12 und den Lagewinkel θ13 des Auslegers 13 zu detektieren.
[Betätigung der Arbeitseinheit]
Die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 bewirkt eine Abladebetätigung des Löffels 11, eine Grabungsbetätigung des Löffels 11, eine Abladebetätigung des Stiels 12, eine Grabungsbetätigung des Stiels 12, eine Anhebebetätigung des Auslegers 13 und eine Absenkbetätigung des Auslegers 13.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung 40 einen rechten Betätigungshebel, der zur rechten Seite der Bedienperson auf dem Fahrersitz 4S angeordnet ist, und einen linken Betätigungshebel, der zur linken Seite davon angeordnet ist. Wenn der rechte Betätigungshebel in einer Längsrichtung bewegt wird, führt der Ausleger 13 eine Absenkbetätigung und eine Anhebebetätigung durch. Wenn der rechte Betätigungshebel in einer Querrichtung (der Richtung der Fahrzeugbreite) betätigt wird, führt der Löffel 11 die Grabungsbetätigung und die Abladebetätigung aus. Wenn der linke Betätigungshebel in einer Längsrichtung bewegt wird, führt der Stiel 12 eine Abladebetätigung und eine Grabungsbetätigung durch. Wenn der linke Betätigungshebel in einer Querrichtung betätigt wird, schwenkt der obere Schwenkkörper 2 nach rechts und nach links. Man beachte, dass, wenn der linke Betätigungshebel in der Längsrichtung bewegt wird, der obere Schwenkkörper 2 nach rechts und nach links geschwenkt werden kann, und wenn der linke Betätigungshebel in der Querrichtung bewegt wird, kann der Stiel 12 kann eine Abladebetätigung und eine Grabungsbetätigung ausführen.
[Arbeitseinheitssteuerung]
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Betätigung der Arbeitseinheit 2 zeigt, die auf der Basis einer Arbeitseinheitssteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform angetrieben wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Arbeitseinheitssteuerung die Planierungsunterstützungssteuerung und die Löffelsteuerung.
Wie in 3 gezeigt, stellt die Planierungsunterstützungssteuerung die Steuerung der Arbeitseinheit 1 dar, der Löffel 11 entlang eines Zielgrabungsprofils zu bewegen, das eine Zielform eines auszugrabenden Objekts anzeigt. Das Zielgrabungsprofil kann durch Ebenen oder Linien definiert sein. Bei der Planierungsunterstützungssteuerung wird der Auslegerzylinder 23 so gesteuert, dass er den Ausleger 13 dazu bringt, eine Anhebebetätigung durchzuführen, so dass der Löffel 11 das Zielgrabungsprofil nicht überschreitet.
Bei der Planierungsunterstützungssteuerung werden der Löffel 11 und der Stiel 12 auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch die Bedienperson angetrieben. Der Ausleger 13 wird auf der Basis der Steuerung durch die Steuervorrichtung 50 angetrieben.
Die Löffelsteuerung stellt eine Steuerung der Arbeitseinheit 1 dar, einen Zustand der Arbeitseinheit 1 in einem konstanten Zustand zu halten. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Zustand der Arbeitseinheit 1 eine Lage der Arbeitseinheit 1. Die Lage der Arbeitseinheit 1 umfasst die Summe des Lagewinkels θ11 des Löffels 11, des Lagewinkels θ12 des Stiels 12 und des Lagewinkels θ13 des Auslegers 13. Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform stellt die Löffelsteuerung die Steuerung der Arbeitseinheit 1 dar, die Lage der Arbeitseinheit 1, die die Summe des Lagewinkels θ11, des Lagewinkels θ12 und des Lagewinkels θ13 darstellt, bei einem konstanten Winkel zu halten. Wie in 3 dargestellt, werden bei der Löffelsteuerung die Hydraulikzylinder 20 so gesteuert, dass sie einen Winkel des Löffels 11 bei einem konstanten Winkel relativ zum Zielgrabungsprofil halten.
Bei der Löffelsteuerung wird der Stiel 12 auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch die Bedienperson angetrieben. Der Löffel 11 wird auf der Basis der Steuerung durch die Steuervorrichtung 50 angetrieben.
Wie in 3 gezeigt, werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Planierungsunterstützungssteuerung und die Löffelsteuerung durchgeführt, um die Schneidkante 10 des Löffels 11 entlang des Zielgrabungsprofils zu bewegen und eine untere Fläche 17 des Löffels 11 von dem Zielgrabungsprofil zu trennen.
Wenn die Löffelsteuerung zur Ausgrabung des auszugrabenden Objekts durchgeführt wird, wird der Stiel 12 dazu gebracht, eine Grabungsbetätigung durchzuführen, und der Löffel 11 wird dazu gebracht, eine Abladebetätigung durchzuführen. Während die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 den Stiel 12 dazu bringt, die Grabungsbetätigung durchzuführen, bringt die Steuervorrichtung 50 den Löffel 11 dazu, die Abladebetätigung durchzuführen, und bringt den Ausleger 13 dazu, die Anhebebetätigung durchzuführen, um den Löffel 11 entlang des Zielgrabungsprofils zu bewegen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn zumindest ein Teil des Löffels 11 sich innerhalb eines Löffelsteuerungsbereichs befindet, die Löffelsteuerung durchgeführt. Der Löffelsteuerungsbereich stellt einen Bereich eines vorbestimmten Abstands relativ zum Zielgrabungsprofil dar. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform ein Abstand D zwischen dem Zielgrabungsprofil und dem Löffel 11 nicht größer als ein erster Schwellenwert H1 ist, wird die Löffelsteuerung durchgeführt.
[Hydrauliksystem]
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Hydrauliksystems 300 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Hydraulikzylinder 20, die den Löffelzylinder 21, den Stielzylinder 22 und den Auslegerzylinder 23 umfassen, werden durch das Hydrauliksystem 300 betätigt. Die Hydraulikzylinder 20 werden durch zumindest eine von der Betätigungsvorrichtung 40 und der Steuervorrichtung 50 betätigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Hydrauliksystems 300 darstellt, das den Löffelzylinder 21 betätigt. Der Löffel 11 führt zwei Arten von Betätigungen aus, das heißt, die Grabungsbetätigung und die Abladebetätigung. Das Ausfahren des Löffelzylinders 21 bringt den Löffel 11 dazu, die Grabungsbetätigung durchzuführen, und das Einfahren des Löffelzylinders 21 bringt den Löffel 11 dazu, die Abladebetätigung durchzuführen.
Das Hydrauliksystem 300 umfasst eine Haupthydraulikpumpe 42 mit variabler Verdrängung, um den Löffelzylinder 21 durch ein Richtungssteuerungsventil 41 mit Hydrauliköl zu versorgen, eine Nebenhydraulikpumpe 43 zum Zuführen von Steueröl, Ölleitungen 44A, 44B und 44C, durch die das Steueröl fließt, Steuerventile 45A und 45B, die in den Ölleitungen 44A und 44B angeordnet sind, um den auf das Richtungssteuerungsventil 41 ausgeübten Steuervordruck zu justieren, Ölleitungen 47A und 47B, die mit der Betätigungsvorrichtung 40 verbunden sind, Drucksensoren 49A und 49B, die in den Ölleitungen 47A und 47B angeordnet sind, eine Drossel, die in den Ölleitungen 47A und 47B vorgesehen ist, und die Steuervorrichtung 50 zum Steuern der Steuerventile 45A und 45B.
Die Steuerventile 45A und 45B sind ein elektromagnetisches Proportionalsteuerventil. Die Steuerventile 45A und 45B sind mit der Nebenhydraulikpumpe 43 durch die Ölleitung 44C verbunden. Das Steueröl, das von der Nebenhydraulikpumpe 43 geliefert wird, wird den Steuerventilen 45A und 45B zugeführt. Man beachte, dass der Druck des von der Haupthydraulikpumpe 42 gelieferten Steueröls durch ein Druckreduzierventil reduziert werden kann, um den Steuerventilen 45A und 45B zugeführt zu werden. Die Steuerventile 45A und 45B justieren den auf das Richtungssteuerungsventil 41 ausgeübten Vorsteuerdruck auf der Basis der Steuersignale von der Steuervorrichtung 50. Das Steuerventil 45A justiert den Vorsteuerdruck in der Ölleitung 44A. Das Steuerventil 45B justiert den Vorsteuerdruck in der Ölleitung 44B. Bei der vorliegenden Ausführungsform versorgt die Nebenhydraulikpumpe 43 die Steuerventile 45A und 45B immer mit dem Steueröl. Auch, wenn sich ein Betätigungshebel der Betätigungsvorrichtung 40 in einer neutralen Position befindet, wirkt dementsprechend der Steuerdruck immer auf die Steuerventile 45A und 45B.
Das Richtungssteuerungsventil 41 steuert eine Strömungsrichtung des Hydrauliköls und eine Menge an zuzuführendem Hydrauliköl. Das von der Haupthydraulikpumpe 42 zugeführte Hydrauliköl wird dem Löffelzylinder 21 durch das Richtungssteuerungsventil 41 zugeführt. Das Richtungssteuerungsventil 41 schaltet zwischen dem Zuführen des Hydrauliköls zu einer kappenseitigen Ölkammer 20A des Löffelzylinders 21 und dem Zuführen des Hydrauliköls zu einer stangenseitigen Ölkammer 20B um. Ferner justiert das Richtungssteuerungsventil 41 die Menge des zuzuführenden Hydrauliköls. Die kappenseitige Ölkammer 20A ist ein Raum zwischen einer Zylinderkopfabdeckung und einem Kolben. Die stangenseitige Ölkammer 20B ist ein Raum, in dem eine Kolbenstange angeordnet ist.
Die Betätigungsvorrichtung 40 ist mit der Nebenhydraulikpumpe 43 verbunden. Das Steueröl, das von der Nebenhydraulikpumpe 43 geliefert wird, wird der Betätigungsvorrichtung 40 zugeführt. Man beachte, dass der Druck des von der Haupthydraulikpumpe 42 gelieferten Steueröls durch das Druckreduzierventil reduziert werden kann, um der Betätigungsvorrichtung 40 zugeführt zu werden.
Wenn die Betätigungsvorrichtung 40 betätigt wird, werden ein Druck in der Ölleitung 47A und ein Druck in der Ölleitung 47B auf der Basis eines Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 verändert. Der Druck in der Ölleitung 47A wird durch den Drucksensor 49A detektiert. Der Druck in der Ölleitung 47B wird durch den Drucksensor 49B detektiert.
Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben. Auf der Basis der Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B detektiert die Steuervorrichtung 50 den Betätigungsbetrag und den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40. Auf der Basis der Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B gibt die Steuervorrichtung 50 die Steuersignale an die Steuerventile 45A und 45B aus.
Auf der Basis der Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B steuert die Steuervorrichtung 50 die Steuerventile 45A und 45B, so dass ein Vorsteuerdruck auf das Richtungssteuerungsventil 41 in Abhängigkeit von dem Betätigungsbetrag und der Betätigungsrichtung der Betätigungsvorrichtung 40 wirkt. Somit kann die Steuervorrichtung 50 den Vorsteuerdruck auf der Basis des Betätigungsbetrags und der Betätigungsrichtung der Betätigungsvorrichtung 40 justieren, um einen Bewegungsbetrag und eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Schiebers in einer Achsenrichtung zu justieren.
Wenn beispielsweise ein Betätigungshebel der Betätigungsvorrichtung 40 zu einer Seite aus der neutralen Position bewegt wird, detektiert der Drucksensor 49A einen Druck in Abhängigkeit von dem Betätigungsbetrag des Betätigungshebels. Die Steuervorrichtung 50 steuert das Steuerventil 45A so, dass der Vorsteuerdruck auf das Richtungssteuerungsventil 41 wirkt, in Abhängigkeit von Detektionsdaten von dem Drucksensor 49A. Wenn der Betätigungshebel der Betätigungsvorrichtung 40 zu der anderen Seite aus der neutralen Position bewegt wird, detektiert der Drucksensor 49B einen Druck in Abhängigkeit von dem Betätigungsbetrag des Betätigungshebels. Die Steuervorrichtung 50 steuert das Steuerventil 45B so, dass der Vorsteuerdruck auf das Richtungssteuerungsventil 41 wirkt, in Abhängigkeit von Detektionsdaten von dem Drucksensor 49B.
Ferner kann die Steuervorrichtung 50 das Steuersignal an die Steuerventile 45A und 45B ausgeben und den Steuerdruck justieren, der auf das Richtungssteuerungsventil 41 wirkt, ohne von der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 abhängig zu sein. Bei der Löffelsteuerung werden beispielsweise auf Basis eines Steuersignals, das die Löffelsteuerung betrifft und von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, das Steuerventil 45A und das Steuerventil 45B gesteuert. Das Steuerventil 45A und das Steuerventil 45B werden auf der Basis des von der Steuervorrichtung 50 ausgegebenen Steuersignals gesteuert, um die Löffelsteuerung durchzuführen. Wenn die Löffelsteuerung nicht durchgeführt wird, werden das Steuerventil 45A und das Steuerventil 45B gesteuert, das Richtungssteuerungsventil 41 auf der Basis des Vorsteuerdrucks anzutreiben, der durch die Betätigung der Betätigungseinrichtung 40 justiert wurde.
Man beachte, dass die Betätigungsvorrichtung 40 eine Steuervorrichtung sein kann, die elektrisch angetrieben wird. Beispielsweise kann die Betätigungsvorrichtung 40 ein Betätigungselement, wie etwa einen elektrischen Hebel, und einen Verschiebungssensor aufweisen, wie etwa ein Neigungsmesser, der ein Potentiometer zur elektrischen Detektion eines Neigungsbetrags des Betätigungselements verwendet. Detektionsdaten von dem Verschiebungssensor werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben. Die Steuervorrichtung 50 erfasst die Detektionsdaten von dem Verschiebungssensor als den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40. Die Steuervorrichtung 50 kann ein Steuersignal zum Antreiben des Richtungssteuerungsventils 41 auf der Basis der Detektionsdaten von dem Verschiebungssensor ausgeben. Ferner kann das Richtungssteuerungsventil 41 durch ein elektrisch betätigtes Stellglied angetrieben werden, wie etwa durch ein Solenoidstellglied.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Hydrauliksystems 300 darstellt, das den Auslegerzylinder 23 betätigt. Die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 bringt den Ausleger 13 dazu, zwei Arten von Betätigungen durchzuführen, das heißt die Anhebebetätigung und die Absenkbetätigung. Das Hydrauliksystem 300, das den Auslegerzylinder 23 betätigt, umfasst die Haupthydraulikpumpe 42, eine Vorsteuerdruckpumpe 43, das Richtungssteuerungsventil 41, die Betätigungsvorrichtung 40 zum Justieren des auf das Richtungssteuerungsventil 41 ausgeübten Steuervordrucks, die Ölleitungen 44A, 44B und 44C, durch die das Steueröl fließt, ein Steuerventil 45C, das in der Ölleitung 44C angeordnet ist, Drucksensoren 46A und 46B, die in den Ölleitungen 44A, 44B und 44C angeordnet sind, und die Steuervorrichtung 50 zum Steuern des Steuerventils 45C.
Das Steuerventil 45C ist ein elektromagnetisches Proportionalsteuerventil. Das Steuerventil 45C justiert den Vorsteuerdruck auf der Basis eines Befehlssignals von der Steuervorrichtung 50. Das Steuerventil 45C justiert einen Vorsteuerdruck in der Ölleitung 44C.
Wenn die Betätigungsvorrichtung 40 betätigt wird, wird der Vorsteuerdruck in Abhängigkeit von dem Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 auf das Richtungssteuerungsventil 41 ausgeübt. Der Schieber des Richtungssteuerungsventils 41 wird in Abhängigkeit von dem Vorsteuerdruck bewegt. Auf der Basis des Bewegungsbetrags des Schiebers wird die Menge an pro Zeiteinheit zuzuführendem Hydrauliköl justiert, das von der Haupthydraulikpumpe 42 dem Auslegerzylinder 23 durch das Richtungssteuerungsventil 41 zugeführt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist für die Planierungsunterstützungssteuerung das Steuerventil 45C in der Ölleitung 44C vorgesehen. Das Steuerventil 45C wird auf der Basis eines Steuersignals betätigt, das die Planierungsunterstützungssteuerung betrifft und von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird. Das von der Vorsteuerdruckpumpe 43 gelieferte Steueröl fließt in der Ölleitung 44C. Die Ölleitung 44C und die Ölleitung 44B sind mit einem Wechselventil 48 verbunden. Das Wechselventil 48 führt das Steueröl in einer einen höheren Vorsteuerdruck aufweisenden Ölleitung von der Ölleitung 44B und der Ölleitung 44C dem Richtungssteuerungsventil 41 zu. Das Steuerventil 45C wird auf der Basis des Steuersignals gesteuert, das von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, um die Planierungsunterstützungssteuerung durchzuführen.
Wenn die Planierungsunterstützungssteuerung nicht durchgeführt wird, gibt die Steuervorrichtung 50 kein Steuersignal an das Steuerventil 45C aus, um das Richtungssteuerungsventil 41 auf der Basis des Vorsteuerdrucks zu anzutreiben, der durch die Betätigung der Betätigungseinrichtung 40 justiert wurde. Beispielsweise schließt die Steuervorrichtung 50 die Ölleitung 44C durch das Steuerventil 45C, um das Richtungssteuerungsventil 41 auf der Basis des Vorsteuerdrucks zu anzutreiben, der durch die Betätigung der Betätigungseinrichtung 40 justiert wurde.
Wenn die Planierungsunterstützungssteuerung durchgeführt wird, steuert die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45C, um das Richtungssteuerungsventil 41 auf der Basis des Vorsteuerdrucks zu anzutreiben, der durch das Steuerventil 45C justiert wurde. Wenn beispielsweise die Planierungsunterstützungssteuerung zum Beschränken der Bewegung des Auslegers 13 durchgeführt wird, öffnet die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45C vollständig, um einen Vorsteuerdruck gemäß einer Auslegerzielgeschwindigkeit zu haben. Wenn der Vorsteuerdruck in der Ölleitung 44C größer als der Vorsteuerdruck in der Ölleitung 44B ist, wird das Steueröl von dem Steuerventil 45C dem Richtungssteuerungsventil 41 durch das Wechselventil 48 zugeführt. Somit fährt der Auslegerzylinder 23 aus, und der Ausleger 13 führt die Anhebebetätigung durch.
Der Stiel 12 führt zwei Arten von Betätigungen aus, das heißt, die Grabungsbetätigung und die Abladebetätigung. Das Ausfahren des Stielzylinders 22 bringt den Stiel 12 dazu, die Grabungsbetätigung durchzuführen, und das Einfahren des Stielzylinders 22 bringt den Stiel 12 dazu, die Abladebetätigung durchzuführen. Eine Beschreibung des Hydrauliksystems 300 zum Betätigen des Stielzylinders 22 wird weggelassen.
[Steuersystem]
Als Nächstes wird ein Steuersystem 200 des Baggers 100 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel der Steuersystems 200 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Wie in 6 zu sehen, umfasst das Steuersystem 200 die Steuervorrichtung 50 zum Steuern der Arbeitseinheit 1, die Positionsdetektionsvorrichtung 30, den Schneidkantenpositionsdetektor 34, die Betätigungsvorrichtung 40, Steuerventile 45 (45A, 45B, 45C), Drucksensoren 46 (46A, 46B), Drucksensoren 49 (49A, 49B) und eine Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70.
Wie oben beschrieben, detektiert die Positionsdetektionsvorrichtung 30, die den Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31, den Lagedetektor 32 und den Orientierungsdetektor 33 umfasst, die Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2. Bei der folgenden Beschreibung wird die Absolutposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2 passend als die Fahrzeugkörperposition Pg bezeichnet.
Die Steuerventile 45 (45A, 45B, 45C) justieren die Menge an Hydrauliköl, die den Hydraulikzylindern 20 zuzuführen ist. Die Steuerventile 45 werden auf der Basis des Steuersignals von der Steuervorrichtung 50 betätigt. Die Drucksensoren 46 (46A, 46B) detektieren den Vorsteuerdruck in den Ölleitungen 44 (44A, 44B). Die Drucksensoren 49 (49A, 49B) detektieren den Vorsteuerdruck in den Ölleitungen 47 (47A, 47B). Die Detektionsdaten von den Drucksensoren 46 und die Detektionsdaten von den Drucksensoren 49 werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben.
Die Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 umfasst ein Computersystem. Die Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 erzeugt Zielgrabungsdaten, die ein dreidimensional ausgelegtes Profil als eine Zielform eines Bereichs darstellen, der ausgegraben werden soll. Die Zielgrabungsdaten stellen die dreidimensionale Zielform da, die nach der Grabung durch die Arbeitseinheit 1 erhalten wird.
Man beachte, dass die Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 und die Steuervorrichtung 50 verdrahtet verbunden sein können, um die Zielgrabungsdaten von der Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 an die Steuervorrichtung 50 zu übertragen. Man beachte, dass die Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 ein Speichermedium umfassen kann, das die Zielgrabungsdaten speichert, und die Steuervorrichtung 50 kann eine Vorrichtung aufweisen, die in der Lage ist, die Zielgrabungsdaten aus dem Speichermedium auszulesen.
Die Steuervorrichtung 50 weist eine Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51, eine Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52, ein Zielgrabungsprofildatenerfassungseinheit 53, eine Abstandsdatenerfassungseinheit 54, eine Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56, eine Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57, eine Betätigungsbestimmungseinheit 58, eine Löffelsteuerbestimmungseinheit 59 und eine Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit 60, die durch den Prozessor ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung 50 umfasst eine Speichereinheit 62, die die Spezifikationsdaten des Baggers 100 speichert, was durch die Speichervorrichtung erreicht wird. Die Steuervorrichtung 50 umfasst eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 63, die die Eingabe-/Ausgabeschnittstellenvorrichtung darstellt.
Die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51 erfasst Fahrzeugkörperpositionsdaten, die die Fahrzeugkörperposition Pg darstellen, von der Positionsdetektionsvorrichtung 30 durch die Eingabe-/Ausgabeeinheit 63. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die Fahrzeugkörperposition Pg auf der Basis von zumindest einer von der Einbauposition P1a und der Einbauposition P1b der GPS-Antennen 31. Die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51 erfasst die Fahrzeugkörperpositionsdaten, die die Fahrzeugkörperposition Pg darstellen, von dem Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31.
Die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst Löffelpositionsdaten einschließlich einer Position der Schneidkante des Löffels 11 von dem Schneidkantenpositionsdetektor 34 durch die Eingabe-/Ausgabeeinheit 56. Die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst die Löffelpositionsdaten einschließlich der Position der Schneidkante, das heißt, die Relativposition der Schneidkante 10 bezüglich der Bezugsposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 von dem Schneidkantenpositionsdetektor 34. Die Zielgrabungsprofildatenerfassungseinheit 53 verwendet die Zielgrabungsdaten, die von der Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 geliefert werden, und die Löffelpositionsdaten, um Zielgrabungsprofildaten zu erzeugen, die eine Zielform des auszugrabenden Objekts darstellen, entsprechend einer Position des Löffels 11.
Auf der Basis der Position des Löffels 11, die durch die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst wurde, und des Zielgrabungsprofils, das durch die Zielgrabungsprofildatenerfassungseinheit 53 erzeugt wurde, berechnet die Abstandsdatenerfassungseinheit 54 den Abstand D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil und erfasst Abstandsdaten, die den Abstand D darstellen.
Man beachte, dass der Abstand D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil ein Abstand zwischen der Schneidkante 10 dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil sein kann, oder ein Abstand zwischen dem Zielgrabungsprofil und einer beliebigen Position des Löffels 11 einschließlich einer Außenrandfläche des Löffels 11 sein kann, die unter Verwendung von Außendimensionsdaten des Löffels 11 berechnet wird. Beispielsweise kann ein Abstand zwischen der unteren Fläche 17 dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil als der Abstand D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil eingesetzt werden.
Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst Betätigungsbetragsdaten, die einen Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 darstellen, die die Arbeitseinheit 1 betätigt. Ein Betätigungsbetrag der Löffel 11, ein Betätigungsbetrag des Stiels 12 und ein Betätigungsbetrag des Auslegers 13 korrelieren mit den Detektionsdaten von den Drucksensoren 46. Korrelationsdaten, die Korrelationen zwischen den Betätigungsbeträgen der Arbeitseinheit 1 und den Detektionsdaten von den Drucksensoren 46 repräsentieren, werden vorläufig aus einem vorläufigen Versuch oder einer Simulation gewonnen und in der Speichereinheit 62 gespeichert. Man beachte, dass die Betätigungsbeträge von Detektionswerten von Winkelsensoren, wie etwa einem Potentiometer, die an dem Hebel montiert sind, erfassen werden können.
Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst Betätigungsbetragsdaten, die einen Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 darstellen, die den Löffel 11 betätigt, aus den Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B, auf Basis der Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B und den Korrelationsdaten, die in der Speichereinheit 62 gespeichert sind. Auf der Basis der Detektionssignale von den Drucksensoren 46A und 46B und den in der Speichereinheit 62 gespeicherten Korrelationsdaten erfasst in ähnlicher Weise die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 Betätigungsbetragsdaten, die einen Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 zum Betätigen von zumindest einem von dem Stiel 12 und dem Ausleger 13 darstellen, aus den Detektionssignalen (PPC Druck) von den Drucksensoren 46A und 46B.
Die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 bestimmt eine Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung, die eine Begrenzung einer Gesamtgeschwindigkeit der Arbeitseinheit 1 darstellt, auf der Basis des Abstands D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil. Die Gesamtgeschwindigkeit der Arbeitseinheit 1 stellt eine tatsächliche Betätigungsgeschwindigkeit des Löffels 11 dar, wenn der Löffel 11, der Stiel 12 und der Ausleger 13 angetrieben werden. Ferner bestimmt die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 die Auslegerzielgeschwindigkeit auf der Basis des Abstands D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil. Auf der Basis der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung und zumindest eines Stielbetätigungsbetrags und eines Löffelbetätigungsbetrags, die durch die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst wurden, berechnet bei der vorliegenden Ausführungsform die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 die Auslegerzielgeschwindigkeit, um eine Abweichung zwischen der Gesamtgeschwindigkeit der Arbeitseinheit 1 und der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung zu kompensieren, die basierend auf der Betätigung des Löffels 11 und des Stiels 12 bewirkt wurde. Bei der Planierungsunterstützungssteuerung werden der Löffel 11 und der Stiel 12 auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch die Bedienperson bewegt. Bei der Planierungsunterstützungssteuerung bestimmt die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 die Auslegerzielgeschwindigkeit des Auslegers 10, der die Anhebebetätigung durchführt, um die Schneidkante 10 des Löffels 11 entlang des Zielgrabungsprofils zu bewegen, während die Betätigungsvorrichtung 40 den Löffel 11 und den Stiel 12 betätigt.
Die Betätigungsbestimmungseinheit 58 bestimmt die Nicht-Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40, die den Löffel 11 betätigt, auf der Basis der Löffelbetätigungsbetragsdaten, die den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 darstellen, die den Löffel 11 betätigt. Die Nicht-Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40, die den Löffel 11 betätigt, umfasst die neutrale Betätigung, bei der der Löffel 11 weder die Grabungsbetätigung noch die Abladebetätigung durchführt. Die Betätigungsbestimmungseinheit 58 bestimmt, ob ein Löffelbetätigungshebel sich in der neutralen Position befindet, auf der Basis der Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B.
Die Löffelsteuerbestimmungseinheit 59 bestimmt, ob die Löffelsteuerbedingungen zur Durchführung der Löffelsteuerung erfüllt sind, auf der Basis der Bestimmung der Betätigungsbestimmungseinheit 58. Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Löffelsteuerbestimmungseinheit 59, ob die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, auf der Basis der Abstandsdaten, die durch die Abstandsdatenerfassungseinheit 54 erfasst wurden, und der Bestimmungsdaten der Betätigungsbestimmungseinheit 58. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Löffelsteuerbedingungen die Nicht-Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 zum Betätigen des Löffels 11, der Abstand D, der nicht größer als der erste Schwellwert H1 ist, und den Stiel 12, der angetrieben wird.
Die Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit 60 erfasst Löffelsteuerstartwinkeldaten, die die Lage der Arbeitseinheit 1 darstellen, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind. Das heißt, die Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit 60 erfasst Lagedaten der Arbeitseinheit 1, wenn bestimmt wird, dass der Abstand D nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist und der Löffelbetätigungshebel zum Betätigen des Löffels 11 sich in der neutralen Position befindet.
Eine Arbeitseinheitssteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal zum Steuern des Löffels 11 aus, um den Zustand der Arbeitseinheit 1 beizubehalten, während die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind. Die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal zum Durchführen der Arbeitseinheitssteuerung, die die Planierungsunterstützungssteuerung und die Löffelsteuerung umfasst, an die Steuerventile 45A und 45B aus. Während die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, gibt bei der vorliegenden Ausführungsform die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 ein Steuersignal zum Steuern des Löffelzylinders 21 aus und führt die Löffelsteuerung aus, um die Lage der Arbeitseinheit 1 bei dem konstanten Winkel zu halten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt, während die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 einen Zielwinkel des Löffels 11 und gibt ein Steuersignal aus, so dass eine Veränderung in der Summe des Lagewinkels θ13 des Auslegers 13 und des Lagewinkels θ12 des Stiels 12 mit dem Lagewinkel θ11 des Löffels 11 kompensiert wird, um die Summe des Lagewinkels θ13 des Auslegers 13, des Lagewinkels θ12 des Stiels 12 und des Lagewinkels θ11 des Löffels 11, die die Lage der Arbeitseinheit 1 definieren, beizubehalten.
Wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen nicht erfüllt sind, wird indes der Löffel 11 auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 angetrieben.
Wenn bestimmt wird, dass der Abstand D nicht größer als ein zweiter Schwellenwert H2 ist, der größer als der erste Schwellenwert H1 ist, gibt die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 des Weiteren ein Steuersignal zum Steuern des Auslegerzylinders 23 zum Antreiben des Auslegers 13 aus und führt die Planierungsunterstützungssteuerung aus, um die Arbeitseinheit 1 auf der Basis der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung zu bewegen.
7 ist eine schematische Ansicht, die die Planierungsunterstützungssteuerung und die Löffelsteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Zunächst wird die Planierungsunterstützungssteuerung beschrieben. Wie in 7 gezeigt, wird eine Geschwindigkeitsbegrenzungsinterventionslinie SH2 definiert. Die Geschwindigkeitsbegrenzungslinie SH2 ist parallel mit dem Zielgrabungsprofil und an einer Position definiert, die um einen Abstand H2 von dem Zielgrabungsprofil entfernt ist. Der Abstand H2 ist der zweite Schwellenwert des Abstands D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil. Der Abstand H2 ist bevorzugt so festgelegt, dass das Betätigungsgefühl der Bedienperson erhalten bleibt.
Die Abstandsdatenerfassungseinheit 54 erfasst den Abstand als ein Minimalabstand zwischen dem Zielgrabungsprofil und dem Löffel 11 in einer Normalrichtung des Zielgrabungsprofils. In einem in 7 dargestellten Beispiel ist der Abstand D zwischen der unteren Fläche des Löffels 11 und dem Zielgrabungsprofil definiert. Ferner bestimmt die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 eine Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt als die Begrenzung der Gesamtgeschwindigkeit der Arbeitseinheit 1 für die Planierungsunterstützung in Anhängigkeit von dem Abstand D.
8 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem zweiten Schwellenwert H2 und dem Abstand D und einer Beziehung zwischen dem Abstand D und der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt ist nicht festgelegt, wenn der Abstand D größer als der zweite Schwellenwert H2 ist, und ist festgelegt, wenn der Abstand nicht größer als der zweite Schwellenwert H2 ist. Je kleiner der Abstand D ist, desto kleiner die Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt, und wenn der Abstand D null beträgt, ist die Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt ebenfalls null. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Geschwindigkeit des Löffels 11, die sich von unterhalb des Zielgrabungsprofils aufwärts bewegt, als ein positiver Wert definiert, und eine Geschwindigkeit des Löffels 11, die sich von oberhalb des Zielgrabungsprofils abwärts bewegt, wird als ein negativer Wert definiert. Die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 bestimmt die Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt so, dass, je größer der Abstand D, desto größer der Absolutwert der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt, und je kleiner der Abstand D, desto größer der Absolutwert der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vt.
Als Nächstes wird die Löffelsteuerung beschrieben. Die Löffelsteuerbestimmungseinheit 59 bestimmt, ob der Abstand D nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist, und der Löffelbetätigungshebel ist in der neutralen Betätigung. Wie in 7 gezeigt, ist der Schwellenwert H1 für die Löffelsteuerung kleiner als der zweite Schwellenwert H2 für die Planierungsunterstützungssteuerung.
Wenn sich beispielsweise der Löffel 11 durch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 allmählich dem Zielgrabungsprofil annähert, der Abstand D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist, und die Bedienperson die Betätigung des Löffelbetätigungshebels stoppt, und der Löffelbetätigungshebel in der neutralen Betätigung ist, bestimmt die Löffelsteuerbestimmungseinheit 59, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind. Wenn der Abstand D nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist und die Bedienperson die Betätigung des Löffelbetätigungshebels stoppt und der Löffelbetätigungshebel in der neutralen Betätigung ist, startet die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 die Löffelsteuerung.
Da die Steuervorrichtung 50 die Planierungsunterstützungssteuerung und die Löffelsteuerung wie oben beschrieben ausführt, wird, wenn beispielsweise zumindest eines von dem Stiel 12 und dem Ausleger 13 angetrieben wird, um den Löffel 11 dazu zu bringen, sich allmählich dem Zielgrabungsprofil anzunähern und der Abstand D, der größer als der erste Schwellenwert H1 ist, nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist, während sich der Löffelbetätigungshebel in der neutralen Position befindet, der Winkel des Löffels 11, die in einem Abstand D1 positioniert ist, der nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist, relativ zu dem Zielgrabungsprofil beibehalten.
Wenn des Weiteren beispielsweise der Löffelbetätigungshebel, der gerade betätigt wird, in der neutralen Position positioniert ist, während der Abstand D nicht größer als der erste Schwellenwert H1 ist, wird die Arbeitseinheitssteuerung, die die Löffelsteuerung und die Planierungsunterstützungssteuerung umfasst, ausgeführt, so dass der Winkel des Löffels 11, wo der Löffelbetätigungshebel in der neutralen Position positioniert ist, relativ zu dem Zielgrabungsprofil beibehalten wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Löffelsteuerung auf der Basis der Lage der Arbeitseinheit 1 durchgeführt, um den Zustand der Arbeitseinheit 1 beizubehalten. Man beachte, dass zur Beibehaltung des Zustands der Arbeitseinheit 1 die Löffelsteuerung durchgeführt werden kann, um einen relativen Winkel zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil beizubehalten. Bei dieser Ausbildung kann ein Vektor auf der Basis der Form des Löffels 11 definiert werden, oder es kann ein Normalenvektor relativ zu dem Zielgrabungsprofil definiert werden, um die Löffelsteuerung zur Beibehaltung des relativen Winkels durchzuführen.
[Verfahren zur Steuerung des Baggers]
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Steuerung eines Baggers 100 nach der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren zum Steuern des Baggers 100 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Die Zielgrabungsdaten werden von der Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 der Steuervorrichtung 50 zugeführt. Die Zielgrabungsprofildatenerfassungseinheit 53 erfasst die Zielgrabungsdaten von der Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung 70 (Schritt S10).
Die Löffelpositionsdaten werden von dem Schneidkantenpositionsdetektor 34 der Steuervorrichtung 50 zugeführt. Die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst die Löffelpositionsdaten von dem Schneidkantenpositionsdetektor 34 (Schritt S20).
Die Abstandsdatenerfassungseinheit 54 berechnet die Abstandsdaten, die den Abstand D zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil darstellen, auf der Basis des Zielgrabungsprofils, das durch die Zielgrabungsprofildatenerfassungseinheit 53 erfasst wurde, und der Löffelpositionsdaten, die durch die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst wurden (Schritt S30). Somit werden die Abstandsdaten zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil erfasst.
Die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 bestimmt eine Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vr auf der Basis der Abstandsdaten. Abbildungsdaten, die eine Beziehung zwischen dem Abstand D und der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vr darstellen, wie unter Bezugnahme auf 8 beschrieben, werden in der Speichereinheit 62 gespeichert. Die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 bestimmt die Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vr in Abhängigkeit von dem Abstand D auf der Basis der Abstandsdaten, die durch die Abstandsdatenerfassungseinheit 54 erfasst wurden, und der Abbildungsdaten, die in der Speichereinheit 62 gespeichert sind.
Die Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 57 berechnet eine Auslegerzielgeschwindigkeit Vb für die Planierungsunterstützungssteuerung auf der Basis von zumindest einem von der Arbeitseinheitsgeschwindigkeitsbegrenzung Vr und dem Stielbetätigungsbetrag und dem Löffelbetätigungsbetrag, die durch die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst wurden.
Wenn der Abstand D nicht größer als der zweite Schwellenwert H2 ist, gibt die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 das Steuersignal zum Steuern des Auslegerzylinders 23 an das Steuerventil 45C aus, um den Ausleger 13 auf der Basis der Auslegerzielgeschwindigkeit Vb zu bewegen (Schritt S50). Dadurch wird die Planierungsunterstützungssteuerung gestartet.
Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst die Betätigungsbetragsdaten, die den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 darstellen, die die Hydraulikzylinder 20 zum Antreiben der Arbeitseinheit 1 betätigt (Schritt S60). Bei der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 die Löffelbetätigungsbetragsdaten, die den Betätigungsbetrag zumindest des Löffelbetätigungshebels der Betätigungsvorrichtung 40 darstellen. Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 kann die Löffelbetätigungsbetragsdaten des Löffelbetätigungshebels auf der Basis der Detektionsdaten von den Drucksensoren 49A und 49B erfassen.
Die Betätigungsbestimmungseinheit 58 bestimmt, ob die Betätigungsvorrichtung 40 die vorgegebene Betätigung durchführt, auf der Basis der Betätigungsbetragsdaten, die durch die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst wurden. Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Betätigungsbestimmungseinheit 58, ob zumindest der Löffelbetätigungshebel der Betätigungsvorrichtung 40 als die den Löffel 11 betätigende Betätigungsvorrichtung 40 nicht betätigt wird.
Auf der Basis der in Schritt S30 erfassten Abstandsdaten und der Bestimmungsdaten, die darstellen, ob der Löffelbetätigungshebel nicht betätigt ist, bestimmt die Löffelsteuerbestimmungseinheit 59, ob die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, wobei die Löffelsteuerbedingungen umfassen: die Nicht-Betätigung des Löffelbetätigungshebels der Betätigungsvorrichtung 40, dass der Abstand D nicht größer ist als der erste Schwellenwert H1, und dass der Stiel 12 angetrieben wird (Schritt S70).
Wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind (Schritt S70: Ja), erfasst in Schritt S70 die Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit 60 die Löffelsteuerstartwinkeldaten, die die Lage der Arbeitseinheit 1 darstellen, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind. Die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 bestimmt einen Löffelsteuerstartwinkel bei der Löffelsteuerung auf der Basis der Löffelsteuerstartwinkeldaten, die durch die Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit 60 erfasst wurden (Schritt S80).
Während die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, gibt die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 das Steuersignal zum Steuern zumindest des Löffelzylinders 21 von den Hydraulikzylindern 20 aus, um den Löffel 11 anzutreiben, um die Lage der Arbeitseinheit 1 bei einem konstanten Winkel (Schritt S90) zu halten. Bei der vorliegenden Ausführungsform gibt die Arbeitseinheitssteuereinheit 61 das Steuersignal an die Steuerventile 45A und 45B zum Steuern des Löffelzylinders 21 aus und führt die Löffelsteuerung aus.
Man beachte, dass in Schritt S70, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen nicht erfüllt sind (Schritt S70: Nein), der Prozess zu Schritt S10 zurückkehrt. Die Hydraulikzylinder 20 werden auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch die Bedienperson angetrieben.
[Funktionen und Wirkungen]
Wie oben beschrieben, wird nach der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Betätigungsvorrichtung 40 die vorgegebene Betätigung durchführt und die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, die Löffelsteuerung zur Erhaltung der Lage der Arbeitseinheit 1 bei dem konstanten Winkel automatisch gestartet. Auch wenn die Bedienperson keine spezielle Betätigung durchführt, wird somit die Löffelsteuerung zur Erhaltung des Winkels des Löffels 11 relativ zum Zielgrabungsprofil bei dem konstanten Winkel automatisch gestartet.
10 ist eine schematische Ansicht, die die Wirkungen des Steuersystems 200 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 10 gezeigt, werden sofort, nachdem die Löffelsteuerung gestartet wurde, eine Höhe des Löffels 11 und der Lagewinkel θ11 des Löffels 11 auf der Basis der Löffelsteuerung gesteuert, und die Grabung wird gestartet, wie durch einen Pfeil y1 angezeigt. Als Nächstes betätigt die Bedienperson den Löffel so, wie es notwendig ist, die Löffelsteuerung wird aufgehoben, und der Winkel des Löffels wird justiert, wie durch einen Pfeil y2 angezeigt. Wenn beispielsweise die Bedienperson wünscht, die untere Fläche 17 des Löffels 11 dem Zielgrabungsprofil zuzuwenden, betätigt die Bedienperson den Löffel. Wenn die Bedienperson als Nächstes die Betätigung des Löffels aufhebt, wird eine Grabung auf der Basis der Löffelsteuerung durchgeführt, wie durch einen Pfeil y3 angezeigt. Wenn schließlich die Bedienperson den Löffel betätigt, wird die Löffelsteuerung aufgehoben, und der Winkel des Löffels wird justiert, wie durch einen Pfeil y4 angezeigt. Wenn die Bedienperson beispielsweise ein Schaufeln durch die Löffel 11 wünscht, führt die Bedienperson die Löffelbetätigung durch. Wie oben beschrieben, muss die Bedienperson die Betätigung des Löffels 11 nur während einer Anfangsperiode oder eine Endperiode der Grabung durchführen. In einer Periode, in der bei einer Grabung Genauigkeit gefordert ist, wird, auch wenn die Bedienperson die Betätigung des Löffels 11 nicht durchführt, die Löffelsteuerung durchgeführt, und der relative Winkel zwischen dem Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil kann beibehalten werden. Somit werden die Betätigbarkeit und die Genauigkeit bei der Grabung verbessert.
Nach der vorliegenden Ausführungsform wird ferner, wenn die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, die Löffelsteuerung automatisch gestartet, wobei die Löffelsteuerbedingungen umfassen: die Nicht-Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 zur Betätigung der Löffel 11, dass der Abstand D zwischen der Löffel 11 und dem Zielgrabungsprofil nicht größer ist als der erste Schwellenwert H1, und dass der Stiel 12 angetrieben wird. Auch wenn die Bedienperson keine spezielle Betätigung durchführt, wird somit die Löffelsteuerung zur Erhaltung des Winkels der Löffel 11 relativ zum Zielgrabungsprofil bei dem konstanten Winkel automatisch gestartet.
Wenn die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, das heißt: die Nicht-Betätigung des Löffelbetätigungshebels der Betätigungsvorrichtung 40, dass der Abstand D nicht größer ist als der erste Schwellenwert H1, und dass der Stiel 12 angetrieben wird, wird die Löffelsteuerung automatisch gestartet, und somit wird die Löffelsteuerung zu einer passenden Zeit gestartet, um die Beendigung der Grabung auszuführen.
Wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen nicht erfüllt sind, wird des Weiteren die Löffelsteuerung nicht ausgeführt, und die Hydraulikzylinder 20 werden auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 angetrieben. Somit kann die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch die Bedienperson durch das Antreiben des Löffels 11 widergespiegelt werden.
Während der Winkel des Löffels 11 aufrechterhalten wird, wobei bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, wird des Weiteren die Löffelsteuerung ausgeführt. Somit muss die Bedienperson beispielsweise nur den Löffelbetätigungshebel in die neutrale Position zurückführen, um den Winkel des Löffels 11 in der Löffelsteuerung festzulegen.
Man beachte, dass in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Betätigungsvorrichtung 40 im Bagger 100 vorgesehen ist. Die Betätigungsvorrichtung 40 kann an einer entfernten Stelle, weg von dem Bagger 100, vorgesehen sein, um den Bagger 100 fernzusteuern. Wenn die Arbeitseinheit 1 ferngesteuert wird, wird ein Befehlssignal, das den Betätigungsbetrag der Arbeitseinheit 1 repräsentiert, drahtlos von der an der entfernten Stelle vorgesehenen Betätigungsvorrichtung 40 an den Bagger 100 übertragen. Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 der Steuervorrichtung 50 erfasst das drahtlos übertragene Befehlssignal, das den Betätigungsbetrag repräsentiert.
Man beachte, dass in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Baumaschine 100 der Bagger 100 ist. Die Steuervorrichtung 50 und das Steuerverfahren, die in den obigen Ausführungsformen beschrieben werden, können allgemein auf Baumaschinen angewandt werden, die Arbeitseinheiten aufweisen, zusätzlich zu Baggern 100.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitseinheit
2: Fahrzeugkörper (oberer Schwenkkörper)
3: Fahreinheit (unterer Fahrkörper)
4: Kabine
4S: Fahrersitz
5: Maschinenraum
6: Handlauf
7: Kette
10: Schneidkante
11: Löffel
12: Stiel
13: Ausleger
14: Löffelzylinderhubsensor
15: Stielzylinderhubsensor
16: Auslegerzylinderhubsensor
17: Untere Fläche
20: Hydraulikzylinder
20A: Kappenseitige Ölkammer
20B: Stangenseitige Ölkammer
21: Löffelzylinder
22: Stielzylinder
23: Auslegerzylinder
30: Positionsdetektionsvorrichtung
31: Fahrzeugkörperpositionsdetektor
31A: GPS-Antenne
32: Lagedetektor
33: Orientierungsdetektor
34: Schneidkantenpositionsdetektor
40: Betätigungsvorrichtung
41: Richtungssteuerungsventil
42: Haupthydraulikpumpe
43: Nebenhydraulikpumpe
44A, 44B, 44C: Ölleitung
45A, 45B, 45C: Steuerventil
46A, 46B: Drucksensor
47A, 47B: Ölleitung
48: Wechselventil
49A, 49B: Drucksensor
50: Steuervorrichtung
51: Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit
52: Löffelpositionsdatenerfassungseinheit
53: Zielgrabungsprofildatenerfassungseinheit
54: Abstandsdatenerfassungseinheit
56: Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit
57: Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit
58: Betätigungsbestimmungseinheit
59: Löffelsteuerbestimmungseinheit
60: Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit
61: Arbeitseinheitssteuereinheit
62: Speichereinheit
63: Eingabe-/Ausgabeeinheit
70: Zielgrabungsdatenerzeugungsvorrichtung
100: Bagger (Baumaschine)
200: Steuervorrichtung
300: Hydrauliksystem
AX1: Drehachse
AX2: Drehachse
AX3: Drehachse
L11: Länge
L12: Länge
L13: Länge
Pb: Absolutposition der Schneidkante
Pg: Absolutposition des Fahrzeugkörpers
RX: Schwenkachse
θ11: Lagewinkel
θ12: Lagewinkel
θ13: Lagewinkel

Claims

Steuervorrichtung für eine Baumaschine, die eine Arbeitseinheit umfasst, die zumindest einen Löffel umfasst, wobei die Steuervorrichtung für eine Baumaschine umfasst: eine Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit, die ausgebildet ist, Betätigungsbetragsdaten zu erfassen, die einen Betätigungsbetrag der Arbeitseinheit anzeigen; eine Betätigungsbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, einen Nicht-Betätigungs-Zustand des Löffels auf der Basis der Betätigungsbetragsdaten zu bestimmen; eine Löffelsteuerbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, auf der Basis der Bestimmung des Nicht-Betätigungs-Zustands zu bestimmen, ob Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind; und eine Arbeitseinheitssteuereinheit, die ausgebildet ist, ein Steuersignal zum Steuern des Löffels auszugeben, um einen Zustand der Arbeitseinheit beizubehalten, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind.
Steuervorrichtung für die Baumaschine nach Anspruch 1, wobei die Arbeitseinheit des Weiteren einen Ausleger und einen Stiel aufweist, und der Zustand der Arbeitseinheit, der beibehalten wird, wenn die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, eine Lage der Arbeitseinheit ist.
Steuervorrichtung für die Baumaschine nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend eine Steuerstartwinkeldatenerfassungseinheit, die ausgebildet ist, Löffelsteuerstartwinkeldaten zu erfassen, die eine Lage der Arbeitseinheit anzeigen, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, wobei die Arbeitseinheitssteuereinheit ein Steuersignal zum Steuern eines Winkels des Löffels ausgibt, um die Lage der Arbeitseinheit bei dem Löffelsteuerstartwinkel zu halten, wenn die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind.
Steuervorrichtung für die Baumaschine nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend eine Abstandsdatenerfassungseinheit, die ausgebildet ist, Abstandsdaten zu erfassen, die einen Abstand zwischen der Löffel und dem Zielgrabungsprofil anzeigen, wobei die Löffelsteuerbedingungen beinhalten, dass der Abstand nicht größer als ein erster Schwellwert ist, und dass der Stiel angetrieben wird.
Steuervorrichtung für die Baumaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, des Weiteren umfassend: eine Arbeitseinheitszielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit, die ausgebildet ist, eine Geschwindigkeitsbegrenzung der Arbeitseinheit auf der Basis des Abstands zu bestimmen, wobei, wenn bestimmt wird, dass der Abstand nicht größer als ein zweiter Schwellenwert ist, der größer als der erste Schwellenwert ist, die Arbeitseinheitssteuereinheit ein Steuersignal zum Steuern des Auslegers ausgibt, um die Arbeitseinheit auf der Basis der Geschwindigkeitsbegrenzung zu bewegen.
Steuervorrichtung für die Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen nicht erfüllt sind, die Arbeitseinheit auf der Basis der Betätigung der Betätigungsvorrichtung angetrieben wird.
Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine, die eine Arbeitseinheit aufweist, die zumindest ein Löffel aufweist, wobei das Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine umfasst: Erfassen von Betätigungsbetragsdaten, die einen Betätigungsbetrag der Arbeitseinheit anzeigen; Bestimmen eines Nicht-Betätigungs-Zustands des Löffels auf der Basis der Betätigungsbetragsdaten; Bestimmen, ob Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind, auf der Basis der Bestimmung des Nicht-Betätigungs-Zustands; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern des Löffels, um einen Zustand der Arbeitseinheit beizubehalten, wenn bestimmt wird, dass die Löffelsteuerbedingungen erfüllt sind.