DE4447302A1

DE4447302A1 - Verfahren zum Durchführen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung mit einem elektrohydraulischen Baggerfahrzeug

Info

Publication number: DE4447302A1
Application number: DE4447302A
Authority: DE
Inventors: Seong-Ho Ahn
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Volvo Construction Equipment AB
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1994-12-30
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2014-12-31
Also published as: JPH07300873A; JP2566745B2; US5768810A; DE4447302C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung mit einem elektrohydraulischen Baggerfahrzeug, wobei die Bedienungsperson die im allgemeinen sehr schwierige Oberflächenendbearbeitung mit einem elektrohydraulischen Baggerfahrzeug einfach durchführen kann.

Die herkömmlichen elektrohydraulischen Baggerfahrzeuge weisen eine komplizierte Struktur mit unterschiedlichen Fühlern, elektronischen Proportionalventilen und Mikroprozessoren auf. In diesem Zusammenhang entstand der Bedarf an einem Baggerfahrzeug, dessen Bedienung von einer nichtgeschulten Person einfach und schnell durchgeführt werden kann.

Bei der Oberflächenendbearbeitung mit einem herkömmlichen Baggerfahrzeug muß die Bedienungsperson drei Steuerhebel manuell betätigen, und daher ist ein genaues Betätigen der Steuerhebel sehr schwierig.

Insbesondere ist es schwierig, die beabsichtigte Neigung zu erzielen, falls das Baggerfahrzeug schräggestellt wird.

Insbesondere in dem Falle, in dem die Oberflächenendbearbeitung unter Drehen des Baggerfahrzeuges durchgeführt wird, d. h. in dem Falle, in dem die Oberflächenendbearbeitung durch Betätigung von vier Steuerhebeln durchgeführt wird, bereitet die Bedienung eine äußerst schwierige Aufgabe.

Bei der herkömmlichen automatischen Oberflächenendbearbeitung mit dem oben beschriebenen elektrohydraulischen Baggerfahrzeug sind Fühler an diesem lediglich an drei Schwenkstellen, nämlich an der Schwenkstelle des Auslegers, an der des Löffelstiels und an der des Löffels angeordnet, und der Bagger wird einer vorbestimmten geraden Linie nachgeführt, wodurch die Oberflächenendbearbeitung durchgeführt wird.

Andererseits tritt gemäß der Erfindung eine Abweichung von der voreingestellten Bearbeitungsebene auch dann nicht auf, wenn zusätzlich ein Drehen ausgeführt wird. Für diesen Zweck sind ein Drehfühler und ein Neigungsfühler zusätzlich angeordnet, so daß der Ausleger, der Löffel und der Löffelstiel automatisch gesteuert werden können, wodurch die Betriebswirksamkeit erhöht wird.

Unter diesem Umstand wird ein Drehen nicht durch das Nachführen einer geraden Linie, sondern durch das Nachführen einer Ebene durchgeführt, so daß die Oberflächenendbearbeitung an jeder geneigten Oberfläche einfach durchgeführt werden kann.

Bei der herkömmlichen automatischen Oberflächenendbearbeitung, bei der lediglich eine gerade Linie verfolgt wird, muß ein Einstellen jedesmal durchgeführt werden, wenn die Arbeit ausgeführt wird. Falls die Neigung des Bodens sich nach einem Durchlauf ändert, kann die zu bearbeitende Oberfläche mit der bereits bearbeiteten Oberfläche lediglich durch Verändern des Bearbeitungswinkels nach freiem Ermessen in eine Ebene gebracht werden. Dies bereitet der Bedienungsperson große Schwierigkeiten.

Daher werden erfindungsgemäß der Ausleger, der Löffel und der Löffelstiel jeweils um ihre Aufhängungen durch Anwendung eines einzigen Steuerhebels für den Löffelstiel angetrieben. Unter diesem Umstand wird beim Ausführen eines Drehens das freie Ende des Löffels von der Fläche geometrisch entfernt.

Daher wird, falls der Steuerhebel für den Löffelstiel gleichzeitig mit einem Drehen betätigt wird, die Oberflächenendbearbeitung entlang einer voreingestellten Bearbeitungsebene durchgeführt, und der Löffel wird, falls lediglich ein Drehen durchgeführt wird, von der Bearbeitungsebene entfernt.

Daher muß ein ruhiges Zurückkehren durch Betätigen des Steuerhebels für den Löffelstiel durchgeführt werden, und die Oberflächenendbearbeitung muß erneut durchgeführt werden.

Daher werden der Ausleger, der Löffel und der Löffelstiel um ihre jeweiligen Aufhängungen derart angetrieben, daß eine an den Bearbeitungswinkel angepaßte Bewegung entlang einer geraden Linie erzielt wird, und eine Regelung wird derart durchgeführt, daß der Löffel einen bestimmten Winkel relativ zu der Horizontalebene aufrechterhält, wodurch die Oberflächenendbearbeitung durchgeführt wird.

Die Erfindung beabsichtigt, die oben beschriebenen Probleme der herkömmlichen Techniken zu lösen.

Daher wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, ein Verfahren zum Durchführen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung mit einem elektronisch geregelten hydraulischen Bagger bereitzustellen, bei dem der Bearbeitungswinkel während des Drehens des Baggers variiert werden kann, um die Oberflächenendbearbeitung in der Bearbeitungsebene fortsetzen zu können.

Um die oben angegebene Aufgabe zu lösen, weist das Verfahren zum Durchführen einer Oberflächenendbearbeitung mit einem elektronisch geregelten hydraulischen Bagger gemäß der Erfindung die Schritte auf, nach denen: von einer Bedienungsperson eine automatische Oberflächenendbearbeitung an einer Tastatur 5 ausgewählt wird und ein gewünschter Bearbeitungswinkel θw in einen Mikroprozessor 10 eingegeben wird (S1); die gegenwärtigen Signalwerte des Winkels eines Auslegers 100, eines Löffelstiels 110 und eines Löffels 120, des Drehwinkels der Drehstellung und der Neigung des oberen Teils des Baggerfahrzeuges über einen Positionsfühler abgetastet und eingelesen werden (S2); der Löffelaufrechterhaltungswinkel relativ zu der Horizontalebene aufgrund der eingelesenen Signalwerte bestimmt wird (S3); der Bearbeitungswinkel τ korrigiert wird, um den (auf der Neigung der Baggervorrichtung beruhenden) eingegebenen Bearbeitungswinkel an die absolute Horizontalebene anzupassen (S4); die Ausgangsposition des Löffelendes L und die einer Löffelverbindung J in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt werden, dessen Nullpunkt die Verbindungsstelle A zwischen dem Ausleger 100 und einem oberen Drehteil des Baggerfahrzeuges ist (S5); die Ausgangsposition des Löffelendes L in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt wird, dessen Nullpunkt der Punkt O ist (S6); eine Entscheidung getroffen wird, ob ein Steuerhebel für den Löffelstiel, als willkürlicher Steuerhebel, betätigt wird, wobei der Schritt S20 durchgeführt wird, falls der Steuerhebel nicht betätigt worden ist (S7); die gegenwärtige Position der Löffelverbindungsstelle J in dem rechtwinkligen Koordinatensystem mit dem Nullpunkt A nach dem Betätigen des Steuerhebels für den Löffelstiel bestimmt wird (S8); eine Entscheidung getroffen wird, ob von der Bedienungsperson ein Drehvorgang veranlaßt wird oder nicht, und dann der Schritt S12 durchgeführt wird, falls ein solcher Drehvorgang nicht durchgeführt wird (S9); der Drehwinkel und der Neigungswinkel des oberen Teils der Baggervorrichtung eingelesen werden, um den Bearbeitungswinkel τ zu korrigieren, wenn der Drehvorgang durchgeführt wird (S10); eine Entfernungsgröße h des Löffelendes L von der ursprünglich eingegebenen Bearbeitungsebene berechnet wird, um sie auszugleichen, wenn das Löffelende L während des Drehens von der Bearbeitungsebene entfernt wird (S11); die lineare Geschwindigkeit des Löffelendes L berechnet wird, welche zu dem Betätigen des Steuerhebels für den Löffelstiel proportional ist (S12); die nächste Position in dem rechtwinkligen Koordinatensystem mit dem Nullpunkt O bestimmt wird, in die die Schwenkstelle J des Löffels zu bewegen ist (S13); ein Auslegerwinkel θbm, ein Löffelstielwinkel θds für die Position der Löffelschwenkstelle J und ein Löffelwinkel θbk zum Aufrechterhalten des ursprünglichen Löffelwinkels relativ zu der Horizontallinie entsprechend den Positionswerten nach Schritt S13 bestimmt werden (S14); Geschwindigkeiten zum Erzielen der Positionen d_bm, d_ds und d_bk der Zylinder der jeweiligen Anhängungen entsprechend der im Schritt S14 berechneten Zielwinkel des Löffels 120, des Löffelstiels 110 und des Auslegers 100 bestimmt werden (S15); Korrekturen für durchführbare Geschwindigkeiten ohne Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses der jeweiligen Zylinder in dem Bereich der von der Pumpe ausgebbaren Flüssigkeitsmenge aktuell berechnet werden, wonach die Zielpositionen d_bm, d_ds und d_bk der Zylinder wieder eingestellt werden (S16); die Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zum Erreichen der Zielpositionen durch Anwendung der Positionswerte d_bm, d_ds und d_bk mit Hilfe der Positionsregeleinheit 130 berechnet werden (S17); die Geschwindigkeiten der Zylinder und die gegenwärtige Menge der von der Pumpe ausgebbaren Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung des Zielgeschwindigkeitsverhältnisses der jeweiligen Zylinder korrigiert werden (S18); die auf den erhaltenen Positionswerten und dem Arbeitsstatus basierende Geschwindigkeit kompensiert wird, welcher von einem Positionsfühler 15 gemessen wird und auf der Ausströmungsmenge der Pumpe basieren (S19); die kompensierten digitalen Geschwindigkeitssignale mit Hilfe eines ersten und eines zweiten D/A-Umwandlers 35 bzw. 40 in analoge Signale umgewandelt werden, um Spannungen an einen ersten Verstärker 36 und einen zweiten Verstärker 41 eines Hauptsteuerventils abzugeben, derart, daß von diesen Verstärkern 36, 41 über ein erstes und ein zweites elektronisches Proportionalventil 50 bzw. 45 Ströme abgegeben werden, und die Pumpen mit diesen Strömen zum Antreiben des jeweiligen Hydraulikzylinders oder Motors 90, 91, 92, 93, 94 und 95 in dem Hauptsteuerventil 80 aktiviert werden (S20); und der Vorgang nach dem Ende des Bearbeitens beendet wird, falls von der Bedienungsperson ein Einstellsignal für die Oberflächenendbearbeitung eingegeben worden ist, und zu dem Schritt S7 zurückgekehrt wird, falls ein Einstellsignal nicht eingegeben worden ist (S21).

Die oben beschriebenen und andere Vorteile der Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in welcher

Fig. 1 ein Blockdiagramm zeigt, von dem der Aufbau des erfindungsgemäßen, elektronisch geregelten Hydrauliksystems erläutert wird;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zeigt, von dem das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines hydraulischen Baggers zeigt, der für das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist;

Fig. 4 eine graphische Darstellung für die Einstellung der Bearbeitungsebene ist;

Fig. 5 die Bearbeitungswinkel-Kompensation für ein Drehen zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, von dem der Aufbau des erfindungsgemäßen hydraulischen Regelungssystems erläutert wird.

Die Konstruktion und der Betrieb des aus Fig. 1 ersichtlichen Systems werden nun beschrieben.

Zuerst werden von der Bedienungsperson die "automatische Oberflächenendbearbeitung"-Auswahltaste einer Tastatur 5 gedrückt und ein Bearbeitungswinkel eingegeben, welcher für das Arbeitsgebiet geeignet ist. Danach werden die automatische Oberflächenendbearbeitungs-Funktion und der Bearbeitungswinkel über einen Übertragungskanal auf einen Hauptprozessor 10 übertragen, der die Steuereinheit ist.

Wenn der Bearbeitungswinkel übertragen worden ist, liest der Hauptprozessor 10 die Signale von zugeordneten Positionsfühlern 15 über einen Systembus ein, um die gegenwärtige Position und Neigung der Einrichtung hinsichtlich des Auslegers, des Löffelstiels, des Löffels und der Drehstellung abzutasten. Die derart eingelesenen analogen Signale werden über den Systembus auf einen ersten A/D-Umwandler 20 übertragen, von welchem dann die Signale in digitale Signale umgewandelt werden.

Eine Gleichung für die Arbeitsfläche wird aufgrund des Bearbeitungswinkels und der Ausgangsposition des Löffelendes des Baggers durch Anwendung der in der oben beschriebenen Weise eingelesenen Positionssignale aufgestellt. Danach wird von der Bedienungsperson ein Steuerhebel für den Löffelstiel betätigt. Danach werden die den Betätigungen entsprechenden analogen Signale mit Hilfe eines zweiten A/D-Umwandlers 30 in digitale Signale umgewandelt, so daß die lineare Geschwindigkeit des Löffelendes von dem Hauptprozessor 10 entsprechend dem Betätigungsmaß bestimmt werden kann.

Proportional zu der linearen Geschwindigkeit wird die nächste Lage einer Schwenkstelle des Löffels J bestimmt. Dann werden, falls der Steuerhebel 25 betätigt wird, die Drehstellung und der Neigungswinkel erneut eingelesen, um die Abweichung des Löffelendes von der ursprünglich eingestellten Arbeitsfläche zu berechnen. Daher wird der Bearbeitungswinkel erneut bestimmt, um die Lage der Stelle J zu bestimmen, derart, daß das Löffelende von der Arbeitsfläche nicht abweicht.

Um die Position der Stelle J zu erreichen, werden die Positionen (Winkel) der Zylinder des Auslegers und des Löffelstiels bestimmt.

Aufgrund der Lage des Löffels ist es möglich, den Löffelwinkel relativ zu der Horizontalebene zur Zeit des Arbeitsbeginns zu berechnen.

Die berechneten Winkel für den Ausleger, den Löffelstil und den Löffel werden in Zylinderpositionen umgerechnet, und aufgrund dieser Positionswerte wird die Zielgeschwindigkeit berechnet. Für diesen Zweck werden die erforderlichen Flüssigkeitsmengen mit Hilfe einer Hilfspumpe 55, einer ersten Pumpe 60 und einer zweiten Pumpe 65 entsprechend herausgepumpt.

Von dem Hauptprozessor 10 werden digitale Befehlssignale abgegeben, um zu ermöglichen, daß diese Flüssigkeitsmengen für die entsprechenden Aufhängungen herausgepumpt werden, und diese digitalen Signale werden von einem ersten D/A-Umwandler 35 und einem zweiten D/A-Umwandler 40 umgewandelt, so daß die Signale von diesen Umwandlern 35, 40 als analoge Signale ausgegeben werden. Danach wird eine Spannung an einen ersten Verstärker 36 für die zweite Pumpe 65, die erste Pumpe 60 und die Hilfspumpe 55 (welche von einem Motor 70 angetrieben werden) angelegt, und eine Spannung wird an einen zweiten Verstärker 41 für ein Hauptsteuerungsventil 80 angelegt.

Die ausgegebenen Spannungen werden von dem ersten Verstärker 36 in Ströme umgewandelt. Die von dem ersten Verstärker 36 ausgegebenen Ströme werden einem ersten elektronischen Proportionalventil 50 für eine Pumpe zugeführt, und die von dem zweiten Verstärker 41 ausgegebenen Stromsignale werden einem zweiten elektronischen Proportionalventil 45 für das Hauptsteuerungsventil 80 zugeführt.

Unter diesem Umstand wird von dem ersten elektronischen Proportionalventil 50 ein Vorsteuerdruck erzeugt, um die Taumelscheibe der ersten Pumpe 60 oder der zweiten Pumpe 65 einzustellen, so daß die gewünschte Menge an Ausströmungsflüssigkeit dem Hauptsteuerventil 80 zugeführt wird.

Von dem zweiten elektronischen Proportionalventil 45 für das Hauptsteuerventil 80 wird auch ein Vorsteuerdruck erzeugt. Dadurch wird die jeweilige Hublänge der Betätigungsmittel, wie eines Rechtsantriebsmotor-Betätigungsmittels, eines Linksantriebsmotor-Betätigungsmittels, eines Drehmotor- Betätigungsmittels, eines Armbetätigungsmittels, eines Löffelbetätigungsmittels und eines Auslegerbetätigungsmittels in dem Hauptsteuerventil 80 eingestellt. Daher werden die Druckflüssigkeiten aus den Pumpen 55, 60 und 65 auf einen Auslegerzylinder 90, einen Armzylinder 91, einen Löffelzylinder 92, einen Drehmotor 93, einen Linksantriebsmotor 94 und einen Rechtsantriebsmotor 95 verteilt, wodurch diese angetrieben werden.

Die automatische Oberflächenendbearbeitung mit einem elektronisch geregelten hydraulischen Bagger gemäß dem aus Fig. 1 ersichtlichen System wird nun mit Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 2 beschrieben.

In der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf Fig. 2 wird auf die Seitenansicht des Baggers nach Fig. 3, auf die Darstellung für die Einstellung der Bearbeitungsebene nach Fig. 4 und auf die Darstellung für die Kompensation des Arbeitswinkels während eines Drehens nach Fig. 5 Bezug genommen.

Zuerst wird in Schritt 1 (S1) nach Fig. 2 die automatische Oberflächenendbearbeitung von der Bedienungsperson ausgewählt, und der gewünschte Arbeitswinkel θw wird eingegeben. Danach werden die Signalwerte für den gegenwärtigen Winkel θbm der Schwenkstelle des Auslegers 100, den gegenwärtigen Winkel θds des Löffelstiels 110, den gegenwärtigen Winkel θbk des Löffels 120, einen Drehwinkel θsw der Drehstellung, einen Neigungswinkel θp (Stampwinkel) des oberen Teils der Vorrichtung und einen Rollwinkel θr nach Fig. 3 eingelesen. Im Schritt 2 (S2) werden die Positionen der jeweiligen Verbindungen über die zugeordneten Positionsfühler 15 detektiert.

In Schritt 3 (S3) wird aufgrund des Positionswinkels ein Löffelaufrechterhaltungswinkel θ (= θbm + θds + θbk) relativ zu der Horizontalfläche bestimmt. Danach wird im Schritt 4 (S4) der gegenwärtige Zustand der Vorrichtung analysiert, und von der Bedienungsperson wird der Arbeitswinkel τ derart korrigiert, daß der von der Bedienungsperson eingegebene Arbeitswinkel für die absolute Horizontalfläche relativ zu der Vorrichtungsneigung geeignet wäre. Für diesen Zweck wird die folgende Formel verwendet:

τ = a tan (tanθw cosΔθsw (cosθr + sinθr tan(θr-atan (tanθwsinΔθsw))))

Im Schritt 5 (S5) werden die Ausgangspositionen des Löffelendes L und die Schwenkstelle des Löffels J, welche die Verbindungsstelle zwischen dem Löffelstiel 110 und dem Löffel 120 ist, in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt, welches seinen Nullpunkt A in der Verbindungsstelle zwischen dem oberen Drehteil 135 und dem Ausleger 100 des Baggers nach Fig. 3 aufweist.

Jx30 = lbm cos (θbm + θp) + lds cos(θbm + θds + θp)
Jy30 = lbm sin(θbm + θp) + lds sin(θbm + θds + θp)
Lx30 = Jx30 + lbk cos(θbm + θds + θbk + θp)
Ly30 = Jy30 + lbk sin(θbm + θds + θbk + θp).

In dem oben angegebenen Formeln bedeuten lbm, lds und lbk jeweils die Länge des Auslegers, des Löffelstiels und des Löffels.

Im Schritt 6 (S6) wird die Ausgangsposition (XO, YO, ZO) des Löffelendes in einem Koordinatensystem bestimmt, welches seinen Nullpunkt O in der Kontaktstelle zwischen der Ebene und der Bodenmitte des Rades des Baggers nach Fig. 3 aufweist.

XO = cs cp (lx + LEN_AN) - cs sp cr (ly + LEN_NO) + ss sr(ly + LEN_NO)

YO = sp (lx + LEN_AN) + cp cr (ly + LEN_NO)

ZO = -ss cp (lx + LEN_AN) + ss sp cr (Ly_LEN_NO) cs sr (ly + LEN_NO).

In den oben angegebenen Formeln sind die neuen Symbole wie folgt definiert:

lx = lbm cos(θbm) + lds cos(θbm + θds) + lbk cos (θbm + θds + θbk),

cp = cos(θp), sp = sin(θp), cr = cos(θr),

sr = sin(θr), cs = cos(θsw), ss = sin(θsw).

Ferner bezeichnet LEN_AN die gerade Länge des Abstandes zwischen den Punkten A und N nach Fig. 3.

In Schritt 7 (S7) wird, wenn die Oberflächenendbearbeitung durch Antreiben von drei Verbindungen oder zwei Verbindungen des Auslegers, des Löffelstiels und Löffels durchgeführt wird, von dem Hauptprozessor 10 eine Entscheidung getroffen, ob die Bedienungsperson den Steuerhebel 25 für den Löffelstiel als einen willkürlichen Steuerhebel, oder andere Ausführmittel betätigt hat. Falls eine Betätigung nicht erfolgte, wird als nächster Schritt der Schritt 20 (S20) durchgeführt.

Falls in Schritt 7 (S7) herausgefunden wurde, daß von der Bedienungsperson der Steuerhebel 25 für den Löffelstiel oder andere Ausführmittel betätigt worden sind, dann wird nicht der ursprüngliche Wert, sondern der gegenwärtige Wert der Schwenkstelle des Löffels J berechnet. Dies bedeutet, daß im Schritt 8 (S8) eine Berechnung hinsichtlich des gegenwärtigen Wertes der Löffelverbindung J in dem rechtwinkligen Koordinatensystem durchgeführt wird, welches den Punkt A nach Fig. 3 als Nullpunkt aufweist.

Jx3 = lbm cos (θbm + θp) + lds cos(θbm + θds + θp)

Jy3 = lbm sin (θbm + θp) + lds sin(θbm + θds + θp).

In Schritt 9 (S9) wird von dem Hauptprozessor eine Entscheidung getroffen, ob von der Bedienungsperson ein Drehvorgang veranlaßt wurde. Falls ein Drehvorgang nicht durchgeführt worden ist, wird als nächster Schritt der Schritt 12 (S12) durchgeführt.

Falls in Schritt S9 ein Drehvorgang durchgeführt worden ist, werden im Schritt 10 (S10) der Drehwinkel und der Neigungswinkel des oberen Teils der Vorrichtung eingelesen, wonach der Arbeitswinkel τ modifiziert wird.

τ = a tan(tanθw cosΔθsw(cosθr + sinθr tan(θr-atan (tanθw sinΔθsw)))).

In Schritt 11 (S11) wird, wenn das Löffelende L infolge eines Drehens von der Arbeitsfläche entfernt wird, das Ausmaß des Entfernens des Löffelendes berechnet und ausgeglichen, als ob das Löffelende L von der ursprünglich eingestellten Arbeitsfläche nicht entfernt worden wäre.

Für diesen Zweck wird die Ausgangsposition (Jx30, Jy30) der Löffelverbindung aufgrund der folgenden Formel zurückgesetzt:

-sin(θw)cos(θswo) X + cos(θw) Y + sin(θw) sin(θswo) Z = -sin(θw)cos(θswo) XO + cos(θw) YO + sin(θw) sin(θswo) ZO.

Wenn der Drehvorgang begonnen hat, entfernt sich das Löffelende L von der Arbeitsfläche, so daß ein Ausgleichsvorgang entsprechend dem Ausmaß des Entfernens durchgeführt werden muß.

Aufgrund des Vorgangs nach Schritt 8 (S8) wird die Position (X, Y, Z) des Löffelendes L in dem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt, welches den Punkt O nach Fig. 3 als Nullpunkt aufweist. In dieser Position wird die Größe h des Abstandes von der Arbeitsfläche berechnet.

h = (Y + sgs cgs XO-cga YO-sga sgs ZO-sga cgs X + sga sgs Z) _* cos(atan(tga(sin(θsw-θswo)))) /cos(θr-(atan(tga(sinθsw-θswo)))).

In dieser Formel bezeichnet θswo die Ausgangsdrehstellung, und die anderen Symbole sind wie folgt:

sga = sin (θw), cga = cos (θw), Tga = tan(θw),

cgs = cos (θswo), sgs = sin (θswo).

Die Ausgangsposition des Löffelendes und die Schwenkstelle des Löffels werden entsprechend dem Ausmaß des Entfernens verschoben.

Im Schritt 12 (S12) wird eine Berechnung hinsichtlich der linearen Geschwindigkeit J der Schwenkstelle des Löffels J (oder des Löffelendes) durchgeführt, welche zu dem Betätigungsausmaß des Steuerhebels 25 für den Löffelstiel nach Fig. 1 proportional ist.

Im Schritt 13 (S13) wird die Position, zu welcher die Schwenkstelle J des Löffels sollte, in dem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt, welches den Punkt A nach Fig. 3 als Nullpunkt aufweist.

Jx3 = Jx3 + J cos(τ)ts

Jy3 = tan (T) (Jx3-Jx30) + Jy30.

Im Schritt 14 (S14) werden entsprechend den Werten von Jx3 und Jy3 Berechnungen hinsichtlich des Auslegerwinkels θbm, des Löffelstielwinkels θds und des Löffelwinkels θbk zur Aufrechterhaltung des ursprünglichen Löffelwinkels durchgeführt.

θbm = atan(Jy3/Jx3) + acos((lbm²-lds² + Jx3² + Jy3²)/ (2 lbm- (Jx3² + Jy3²)²))-θp

θds = -acos((Jx3² + Jy3²-lbm²-lds²)/(2 lbm·lds)) θbk = δ-θbm-θds.

In Schritt 15 (S15) werden die Zylinderpositionen der jeweiligen Verbindungen aufgrund der Zielwinkel θbm, θbk und θds des Auslegers 100 des Löffels 120 und des Löffelstiels 110 berechnet, welche im Schritt 14 (S14) berechnet worden sind.

d_bm = ((LEN_AB)² + (LEN_AC)²-2_*LEN_AB_*LEN_AC *cos(ANG_CAE + ANG_BAX3 + θbk))²

d_ds = ((LEN_DE)² + (LEN_EF)²-2_*LEN_DE_*LEN_EF *cos(ANG_ALPHA7-θds))²

d_bk = ((LEN_GH)² + (LEN_HI)²-2_*LEN_GH_*LEN_HI_*cos(δ))²

α = π-(θbk + ANG_LJK + ANG_HJE)

c6 = ((LEN_JK)² + LEN_HJ)²-2_*LEN_JK_*LEN_HJ_*cos(α))²

Φ = acos(((c6)² + (LEN_HI)²-(LEN_IK)²/(2_*LEN_HI_*c6)

β = acos(((LEN_HJ)² + (c6)²-(LEN_JK)²)/(2_*c6 LEN_HJ))

Φ = ANG_GHJ-Φ-β.

In den oben angegebenen Formeln bezeichnet LEN_AB den Abstand zwischen der Verbindung A und der Verbindung B, und ANG_ABC bezeichnet den Winkel zwischen der Linie AB und der Linie BC.

Ferner wird ANG_ALPHA7 wie folgt bestimmt:

ANG_ALPHA7 = πANG_JEF-ANG_CED-ANG_BEC.

Danach werden die Zylindergeschwindigkeiten berechnet, mit denen die Zylinderpositionen d_bm, d_bk und d_ds für den Ausleger, den Löffel und den Löffelstiel erreicht werden können.

In Schritt 16 (S16) werden die Geschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder ohne Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen den Zylindern im Bereich der Ausströmungsflüssigkeitsmenge der gegenwärtigen Pumpe modifiziert. Danach werden die Zielzylinderpositionen d_bm, d_ds und d_bk entsprechend dem Auslegerwinkel θbm, dem Löffelstielwinkel θds und dem Löffelwinkel θbk für die Zylinder erneut bestimmt.

In Schritt 17 (S17) werden durch Anwendung der Positionswerte d_bm, d_ds und d_bk von der Steuereinheit 130 die Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zum Bewegen in die Zielpositionen berechnet.

Im Schritt 18 (S18) wird unter Aufrechterhaltung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen den jeweiligen Zylindern die Menge der Flüssigkeit, welche von den Pumpen 55, 60 und 65 ausgegeben werden kann, korrigiert.

In Schritt 19 (S19) werden die der gegenwärtigen Arbeit entsprechenden und von den Positionsfühlern 15 detektierten Positionswerte ausgeglichen, und die von den Pumpen ausgebbaren Flüssigkeitsmengen werden ebenfalls ausgeglichen.

Im Schritt 20 (S20) sind die ausgeglichenen Werte die Befehlswerte des Hauptsteuerventils 80, von welchem befohlen wird, daß die erforderlichen Mengen an Flüssigkeit für die jeweiligen Zylinder ausgegeben werden müssen. Diese ausgeglichenen Geschwindigkeitswerte digitaler Form werden von dem ersten und dem zweiten D/A-Umwandler 35 bzw. 40 in analoge Signale umgewandelt.

Die Spannungssignale der umgewandelten analogen Signale werden dem ersten und dem zweiten Verstärker 36 bzw. 41 zugeführt, um aus diesen in Form von Stromsignalen ausgegeben zu werden. Diese Stromsignale werden dem ersten elektronischen Proportionalventil 50 und dem zweiten elektronischen Proportionalventil 45 für das Hauptsteuerventil zugeführt.

Daher wird von dem ersten elektronischen Proportionalventil 50 ein Vorsteuerdruck zum Einstellen der Taumelscheine erzeugt, um die erforderliche Menge an Flüssigkeit dem Hauptsteuerventil 80 zuzuführen. Danach wird jeder Betätigungshub für die jeweiligen Verbindungen (den Ausleger, den Arm, den Löffel, den Drehmotor, den Linksantriebsmotor und den Rechtsantriebsmotor) mit Hilfe des Hauptsteuerventils 80 eingestellt, so daß die Flüssigkeit aus den Pumpen auf die jeweiligen Zylinder verteilt werden.

Im Schritt 21 (S21) wird eine Entscheidung getroffen, ob von der Bedienungsperson ein Signal zum Einstellen der automatischen Oberflächenendbearbeitung eingegeben worden ist. Falls ein Einstellsignal eingegeben worden ist, wird der Vorgang beendet. Falls es jedoch nicht eingegeben worden ist, kehrt das System auf Schritt 7 (S7) (go to S7) zurück.

Entsprechend der Erfindung ist, wie oben beschrieben, die automatische Oberflächenendbearbeitung mit einem Baggerfahrzeug einfach durchführbar, und wird die Betriebswirksamkeit erhöht. Ferner kann die Oberflächenendbearbeitung von nichtgeschulten Bedienungspersonen durchgeführt werden, so daß die Personalkosten herabgesetzt werden. Ferner wird die Oberflächenendbearbeitung automatisch durchgeführt, so daß die Arbeit präzise verrichtet wird.

Bezugszeichenliste

Fig. 1:
5 Tastatur
10 Hauptprozessor
15 Positionsführer
20 erster A/D-Umwandler
25 Steuerhebel
30 zweiter A/D-Umwandler
35 erster D/A-Umwandler
36 erster Verstärker
40 zweiter D/A-Umwandler
41 zweiter Verstärker
45 zweites elektronisches Proportionalventil
50 erstes elektronisches Proportionalventil
55 Hilfspumpe
60 erste Pumpe
65 zweite Pumpe
70 Motor
80 Hauptsteuerventil
90 Auslegerzylinder
91 Armzylinder
92 Löffelzylinder
93 Drehmotor
94 Linksantriebsmotor
95 Rechtsantriebsmotor
"Communication port" Übertragungskanal
"System bus" Systembus
Fig. 2:
S1
Auswählen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung und Eingeben des gewünschten Bearbeitungswinkels.
S2
Detektieren der gegenwärtigen Positionen der jeweiligen Zylinder.
S3
Bestimmen des Löffelaufrechterhaltungswinkels relativ zu der Horizontalebene.
S4
Korrigieren des Bearbeitungswinkels relativ zu der Baggerneigung.
S5
Bestimmen der Ausgangsposition des Löffelendes L und die der Schwenkstelle J des Löffels in einem rechteckigen Koordinatensystem, dessen Nullpunkt die Verbindungsstelle A ist.
S6
Bestimmen der Ausgangsposition des Löffelendes L in einem rechteckigen Koordinatensystem, dessen Nullpunkt die Verbindungsstelle O ist.
S7
Ist der Steuerhebel für den Löffelstiel betätigt?
S8
Bestimmen der gegenwärtigen Position der Schwenkstelle J des Löffels in dem rechteckigen Koordinatensystem, dessen Nullpunkt die Verbindungsstelle A ist.
S9
Drehvorgang?
S10
Korrigieren des Drehwinkels und des Neigungswinkels, wenn der Drehvorgang durchgeführt wird.
S11
Kompensieren des Entfernungsausmaßes des Löffelendes von der ursprünglich eingegebenen Bearbeitungsfläche während des Drehvorgangs.
S12
Berechnen der linearen Geschwindigkeit des Löffelendes L, die zu dem Betätigen des Steuerhebels für den Löffelstiel proportional ist.
S13
Bestimmen der nächsten Position, in welche die Schwenkstelle J des Löffels zu bewegen ist, in dem rechteckigen Koordinatensystem mit dem Punkt A als Nullpunkt.
S14
Bestimmen eines Auslegerwinkels, eines Löffelstielwinkels für die Position der Löffelschwenkstelle und eines Löffelwinkels zur Aufrechterhaltung des ursprünglichen Löffelwinkels.
S15
Bestimmen einer Geschwindigkeit zum Erreichen der Positionen der Zylinder entsprechend der Zielwinkel des Löffels, des Löffelstiels und des Auslegers.
S16
Durchführen von Korrekturen für durchführbare Geschwindigkeiten ohne Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses der jeweiligen Zylinder in dem Bereich der von der Pumpe ausgebbaren Flüssigkeitsmenge und Wiedereinstellen der Zielpositionen der Zylinder.
S17
Berechnen der Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zum Erreichen der Zielpositionen.
S18
Korrigieren der Geschwindigkeiten der Zylinder und der gegenwärtigen Mengen der von der Pumpe ausgebbaren Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung des Zielgeschwindigkeitsverhältnisses der jeweiligen Zylinder.
S19
Kompensieren der Geschwindigkeit der Zylinder und der Flüssigkeitsausströmungsmenge der Pumpe.
S20
Anlegen von Spannungen an die Verstärker des Hauptsteuerventils und der Pumpen.
S21
Ist die Oberflächenendbearbeitung eingestellt?
"NO" Nein
"YES" Ja
"EXIT" Ende
"GOTO S7" Zurück auf S7.
Fig. 3:
"Sensor Installing Position" Montagenlage der Fühler.
Fig. 5:
"Work plane" Bearbeitungsebene

Claims

Verfahren zum Durchführen einer Oberflächenendbearbeitung mit einem elektronisch geregelten Hydraulikbagger, bei dem:
von einer Bedienungsperson eine automatische Oberflächenendbearbeitung an einer Tastatur (5) ausgewählt wird und ein gewünschter Bearbeitungswinkel (θw) in einen Mikroprozessor eingegeben wird (S1);
die gegenwärtigen Signalwerte des Winkels des Auslegers (100), des Löffelstiels (110) und des Löffels (120), des Drehwinkels der Drehstellung und der Neigung des oberen Teils der Baggervorrichtung über einen Fühler abgetastet und eingelesen werden (S2);
der Löffelaufrechterhaltungswinkel relativ zu der Horizontalebene aufgrund der eingelesenen Signalwerte bestimmt wird (S3);
ein Bearbeitungswinkel (τ) korrigiert wird, um den (auf der Neigung der Baggervorrichtung basierenden) eingegebenen Bearbeitungswinkel an die absolute Horizontalebene anzupassen (S4);
die Ausgangsposition des Löffelendes (L) und die der Schwenkstelle (J) des Löffels in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt werden, wobei der Nullpunkt des Koordinatensystems die Verbindungsstelle A zwischen dem Ausleger (100) und dem oberen Drehteil der Baggervorrichtung ist (S5);
die Ausgangsposition des Löffelendes (L) in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt wird, wobei der Nullpunkt dieses Koordinatensystems die Zentralstelle O des unteren Teils des Baggerlaufwerks ist (S6);
eine Entscheidung getroffen wird, ob ein Steuerhebel für den Löffelstiel als willkürlicher Steuerhebel beim Ausführen der Oberflächenendbearbeitung durch Antreiben einer zweiten oder einer dritten Verbindung des Löffels, des Löffelstiels und des Auslegers oder von anderen Mitteln betätigt wird, wonach der Schritt S20 durchgeführt wird, falls der Steuerhebel nicht betätigt worden ist (S7);
die gegenwärtige Position der Löffelverbindungsstelle (J) in dem rechtwinkligen Koordinatensystem mit dem Nullpunkt A nach dem Betätigen des Steuerhebels für den Löffelstiel bestimmt wird (S8);
eine Entscheidung getroffen wird, ob von der Bedienungsperson ein Drehvorgang veranlaßt wird oder nicht, und dann der Schritt S12 durchgeführt wird, falls ein solcher Drehvorgang nicht durchgeführt wird (S9);
der Drehwinkei und der Neigungswinkel des oberen Teils der Baggervorrichtung eingelesen wird, um den Bearbeitungswinkel zu korrigieren, wenn der Drehvorgang durchgeführt wird (S10);
eine Entfernungsgröße (h) des Löffelendes (L) von der ursprünglich eingegebenen Bearbeitungsebene berechnet wird, um sie auszugleichen, wenn das Löffelende (L) während des Drehens von der Bearbeitungsebene entfernt wird (S11);
die lineare Geschwindigkeit des Löffelendes (L) berechnet wird, welche zu dem Betätigen des Steuerhebels für den Löffelstiel proportional ist (S12);
der Wert der Position in dem rechtwinkligen Koordinatensystem mit dem Nullpunkt O bestimmt wird, in die die Schwenkstelle des Löffels (J) zu bewegen ist (S13);
ein Auslegerwinkel (θbm), ein Löffelstielwinkel (θds) für die Position der Löffelschwenkstelle und ein Löffelwinkel (θbk) zum Aufrechterhalten des ursprünglichen Löffelwinkels entsprechend dem Positionswert nach Schritt S13 bestimmt werden (S14);
Geschwindigkeiten zum Erzielen der Positionen (d_bm, d_ds und d_bk) der Zylinder der jeweiligen Verbindungen entsprechend der im Schritt S14 berechneten Zielwinkel des Löffels (120), des Löffelstiels 110 und des Auslegers 100 bestimmt werden (S15);
Korrekturen für durchführbare Geschwindigkeiten ohne Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses der jeweiligen Zylinder in dem Bereich der von der Pumpe ausgebbaren Flüssigkeitsmenge aktuell berechnet werden, wonach die Zielpositionen (d_bm, d_ds und d_bk) der Zylinder wieder eingestellt werden (S16);
die Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zum Erreichen der Zielpositionen durch Anwendung der Positionswerte (d_bm, d_ds und d_bk) mit Hilfe der Positionsregeleinheit (130) berechnet werden (S17);
die Geschwindigkeiten der Zylinder und die gegenwärtige Menge der von der Pumpe ausgebbaren Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung des Zielgeschwindigkeitsverhältnisses der jeweiligen Zylinder korrigiert werden (S18);
die auf den erhaltenen Positionswerten und dem Arbeitsstatus basierende Geschwindigkeit kompensiert wird, welche von einem Positionsfühler (15) gemessen werden und auf der Ausströmungsmenge der Pumpe basieren (S19);
die kompensierten digitalen Geschwindigkeitssignale mit Hilfe eines ersten und eines zweiten D/A-Umwandlers (35 bzw. 40) in analoge Signale umgewandelt werden, um Spannungen an einen ersten Verstärker (36) und einen zweiten Verstärker (41) für ein Hauptsteuerventil abzugeben, derart, daß von diesen Verstärkern (36, 41) über ein erstes und ein zweites elektronisches Proportionalventil (50 bzw. 45) Ströme abgegeben werden, und die Pumpen mit diesen Strömen zum Antreiben der jeweiligen Zylinder (90, 91, 92, 93, 94 und 95) in dem Hauptsteuerventil (80) aktiviert werden (S20); und
der Vorgang nach dem Ende des Bearbeitens beendet wird, falls von der Bedienungsperson ein Einstellsignal für die Oberflächenendbearbeitung eingegeben worden ist, und auf den Schritt S7 zurückkehrt, falls ein Einstellsignal nicht eingegeben worden ist (S21).