DE4447302C2 - Verfahren zum Durchführen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung mit einem elektrohydraulischen Baggerfahrzeug - Google Patents
Verfahren zum Durchführen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung mit einem elektrohydraulischen BaggerfahrzeugInfo
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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.
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.
Ein gattungsgemäßer hydraulisch betriebener Bagger ist aus der
FR 2 665 199 bekannt, der ein automatisches Steuersystem für
einen Erdaushub aufweist. Für die Bewegungen des Auslegers, des
Löffelarmes und des Baggerlöffels sind Antriebsvorrichtungen
vorgesehen. Während jedes Aushubvorganges werden die
Geschwindigkeit des Baggerlöffels in bezug auf den Löffelarm
und die Geschwindigkeit des Löffelarms in bezug auf den
Ausleger ermittelt. Diese Bewegungsgeschwindigkeitswerte werden
einem elastischen Steuersystem zugeführt und zur Berechnung von
Werten für die Steuerung der Antriebsvorrichtungen des
Baggerauslegers, des Löffelarms und des Baggerlöffels
verwendet. Die Berechnungen des elastischen Steuersystems werden
derart vorgegeben und benutzt, daß der Bagger einen
automatischen Aushub, angepaßt an z. B. die Bodenhärte und
andere Merkmale ausführen kann. Es wird erreicht, daß der
Baggerlöffel den Boden von einer Ausgangsposition bis zu einer
Endposition entsprechend der Bodenbeschaffenheit ausheben kann.
Die Erfindung beabsichtigt, die oben beschriebenen Probleme der
herkömmlichen Techniken zu lösen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Durchführen einer automatischen Oberflächenendbearbeitung mit
einem elektronisch geregelten hydraulischen Bagger so
weiterzubilden, daß der Bearbeitungswinkel während des Drehens
des Baggers variiert werden kann und keine Abweichung von der
voreingestellten Bearbeitungsebene auftritt, um die
Oberflächenendbearbeitung an jeder geneigten Oberfläche einfach
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 dbm, dds und dbk 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 dbm, dds und dbk der
Zylinder wieder eingestellt werden (S16); die
Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zum Erreichen der
Zielpositionen durch Anwendung der Positionswerte dbm, dds und
dbk 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).
Gemäß der Erfindung tritt 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.
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.
Es 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 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 Löffelstiel 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).
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 (τ) (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.
dbm = ((LEN_AB)² + (LEN_AC)²-2*LEN_AB*LEN_AC
*cos(ANG_CAE + ANG_BAX3 + θbk))²
dds = ((LEN_DE)² + (LEN_EF)²-2*LEN_DE*LEN_EF
*cos(ANG_ALPHA7-θds))²
dbk = ((LEN_GH)² + (LEN_HI)²-2*LEN_GH*LEN_HI*cos(Φ))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 = π-ANG_JEF-ANG_CED-ANG_BEC.
Danach werden die Zylindergeschwindigkeiten berechnet, mit
denen die Zylinderpositionen dbm, dbk und dds 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 dbm, dds
und dbk 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
dbm, dds und dbk 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.
Claims (1)
- 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 (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);
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 (dbm, dds und dbk) 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 (dbm, dds und dbk) der Zylinder wieder eingestellt werden (S16);
die Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zum Erreichen der Zielpositionen durch Anwendung der Positionswerte (dbm, dds und dbk) 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).
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