EP4130394A1 - Method for monitoring and / or carrying out a movement of a working device and tool and computer program product - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Durchführung einer Bewegung eines Arbeitsgeräts, insbesondere eines Baggers, wobei das Arbeitsgerät eine Bewegungseinrichtung mit einem Werkzeug zum Aufnehmen von Material, welche mindestens zwei Komponenten umfasst, die jeweils über mindestens einen Aktuator bewegbar sind, sowie eine Steuerung, mittels welcher die Aktuatoren der Bewegungseinrichtung steuerbar und/oder regelbar sind, umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte: (i) Erfassen von Zustandsinformationen betreffend wenigstens eine aktuelle Position und/oder Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung von mindestens zwei Komponenten der Bewegungseinrichtung, (ii) Berechnen von Drehmomenten, welche aufgrund einer aktuellen Konfiguration des Arbeitsgeräts an Komponenten angreifen, wobei hierfür die genannten Zustandsinformationen sowie Bauteilinformationen der Komponenten berücksichtigt werden, (iii) Erfassen von an Komponenten tatsächlich angreifenden Drehmomenten, (iv) Vergleichen der berechneten und der erfassten Drehmomente sowie Ermitteln eines an einem definierten Angriffspunkt des Arbeitsgeräts tatsächlich angreifenden Kraftvektors anhand des genannten Vergleichs, und (v) Ausführen einer Aktion in Abhängigkeit des berechneten Kraftvektors. Die Erfindung betrifft ferner ein Arbeitsgerät und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring and/or executing a movement of a working device, in particular an excavator, the working device having a movement device with a tool for picking up material, which comprises at least two components that can each be moved via at least one actuator, and a Control, by means of which the actuators of the movement device can be controlled and/or regulated. The method according to the invention comprises the steps: (i) detecting status information relating to at least one current position and/or speed and/or acceleration of at least two components of the movement device, (ii) calculating torques which act on components due to a current configuration of the implement , whereby the stated status information and component information of the components are taken into account for this purpose, (iii) detecting torques actually acting on components, (iv) comparing the calculated and detected torques and determining a force vector actually acting at a defined point of application of the working device on the basis of the mentioned comparison , and (v) performing an action depending on the calculated force vector. The invention also relates to a working device and a computer program product for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Durchführung einer Bewegung eines Arbeitsgeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Arbeitsgerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist, sowie ein ComputerprogrammproduktThe present invention relates to a method for monitoring and/or carrying out a movement of a working device according to the preamble of claim 1, a working device which is designed to carry out the method according to the invention, and a computer program product

Bei der Durchführung von Erdaushubarbeiten bzw. Grabprozessen mithilfe von Baggern entstehen Kräfte, die am Werkzeug (z.B. Baggerlöffel) angreifen. Diese Kräfte muss der Bagger überwinden, um den Grabprozess fortführen zu können. Wird zu tief gegraben oder befindet sich ein Hindernis auf der Grabtrajektorie, können ggf. die auftretenden Kräfte nicht mehr überwunden werden. Das Gleiche gilt bei anderen Erdaushubgeräten oder bei Materialumschlaggeräten, welche ein Werkzeug zum Aufnehmen bzw. Greifen von Material aufweisen und ebenfalls auf Hindernisse stoßen können. Die zugrundeliegende Problematik wird im Folgenden anhand von Grabarbeiten durchführenden Baggern beschrieben, wobei die folgenden Ausführungen analog für andere Erdaushub- oder Materialumschlaggeräte gelten.When carrying out excavation work or digging processes using excavators, forces are generated which act on the tool (e.g. excavator bucket). The excavator has to overcome these forces in order to be able to continue the digging process. If you dig too deep or if there is an obstacle on the digging trajectory, the forces that occur may no longer be able to be overcome. The same applies to other earth excavation devices or material handling devices that have a tool for picking up or gripping material and can also encounter obstacles. The underlying problem is described below using excavators carrying out excavation work, with the following statements applying analogously to other earth excavation or material handling devices.

Traditionell erfolgt die Steuerung eines Baggers manuell und der Bediener muss selbstständig den Zustand der Maschine und des Grabprozesses beurteilen. Im manuellen Betrieb des Baggers kann dem Bediener ein Feedback bezüglich der während des Grabprozesses wirkenden Kräfte gegeben werden.Traditionally, an excavator is controlled manually and the operator must independently assess the condition of the machine and the digging process. In manual operation of the excavator, the operator can be given feedback on the forces acting during the digging process.

Seit einigen Jahren erfolgt zunehmend eine Automatisierung des Baggerbetriebs, beispielsweise über Assistenzfunktionen wie die Tool-Center-Point-Steuerung, die dem Fahrer assistieren, jedoch nicht den Prozess vollständig automatisieren. Für einen autonomen oder teilautonomen Betrieb des Baggers ist es notwendig, die geplante Grabtrajektorie adaptiv anhand der wirkenden Kräfte und der vom Bagger aufbringbaren Kräfte anzupassen, um so einen reibungslosen Betrieb zu garantieren. Für einen automatisieren Betrieb ist daher der Einbezug der beim Grabprozess auftretenden (Grab-)Kräfte nötig, um auf die jeweiligen Umwelteinflüsse reagieren und Abweichungen des Bewegungsablaufs oder gar Schäden vermeiden zu können.Automation of excavator operation has been increasing for several years, for example via assistance functions such as tool center point control, which assist the driver but do not fully automate the process. For autonomous or semi-autonomous operation of the excavator, it is necessary to adapt the planned excavation trajectory based on the acting forces and the forces that can be applied by the excavator, in order to guarantee smooth operation. For automated operation, it is therefore necessary to include the (digging) forces that occur during the digging process in order to be able to react to the respective environmental influences and avoid deviations in the movement sequence or even damage.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Automatisierung derartiger Arbeitsvorgänge von Erdaushub- oder Materialumschlaggeräten zu ermöglichen bzw. zu verbessern.The present invention is therefore based on the object of enabling or improving the automation of such work processes of earth excavation or material handling equipment.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1, a tool having the features of claim 17 and a computer program product having the features of claim 19. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the following description.

Demnach ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Überwachung und/oder Durchführung einer Bewegung eines Arbeitsgeräts, vorzugsweise eines Materialumschlag- oder Erdbewegungsgeräts und insbesondere eines Baggers, vorgesehen, wobei das Arbeitsgerät eine Bewegungseinrichtung mit einem Werkzeug zum Aufnehmen von Material besitzt, welche mindestens zwei Komponenten umfasst, die jeweils über mindestens einen Aktuator bewegbar sind. Ferner umfasst das Arbeitsgerät eine Steuerung, mittels welcher die Aktuatoren der Bewegungseinrichtung steuerbar und/oder regelbar sind.Accordingly, according to one aspect of the present invention, a method is provided for monitoring and/or executing a movement of a working device, preferably a material handling or earthmoving device and in particular an excavator, the working device having a movement device with a tool for picking up material, which at least comprises two components, each of which can be moved via at least one actuator. Further the working device includes a controller, by means of which the actuators of the movement device can be controlled and/or regulated.

Bei der Bewegungseinrichtung kann es sich um einen Ausleger, insbesondere einen Baggerausleger handeln. Bei dem Werkzeug kann es sich beispielsweise um einen Baggerlöffel oder Schalengreifer handeln. Das Werkzeug kann dabei als eine der genannten mindestens zwei Komponenten der Bewegungseinrichtung angesehen werden, was allerdings nicht zwingend der Fall sein muss. Selbstverständlich können mehr als zwei Komponenten mit jeweils zugeordneten Aktuatoren vorgesehen sein, von denen eine der Komponenten das Werkzeug darstellen kann. Die anderen Komponenten können beispielsweise ein Ausleger und ein Stiel sein. Bei den Aktuatoren kann es sich um Hydraulikzylinder und/oder Motoren (beispielsweise ein Drehwerksmotor) handeln. Ein Oberwagen bzw. ein Drehwerk des Arbeitsgeräts kann ebenfalls zu den Komponenten der Bewegungseinrichtung zählen.The movement device can be a boom, in particular an excavator boom. The tool can be, for example, an excavator shovel or a bucket grab. The tool can be viewed as one of the at least two components of the movement device mentioned, although this does not necessarily have to be the case. It goes without saying that more than two components, each with associated actuators, can be provided, one of the components of which can represent the tool. The other components can be, for example, a boom and a stick. The actuators can be hydraulic cylinders and/or motors (for example a slewing gear motor). An upper carriage or a slewing gear of the implement can also be among the components of the moving device.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

1. 1) Erfassen von Zustandsinformationen betreffend wenigstens eine aktuelle Position und/oder eine aktuelle Geschwindigkeit und/oder eine aktuelle Beschleunigung von mindestens zwei Komponenten der Bewegungseinrichtung,
2. 2) Berechnen von Drehmomenten, welche aufgrund einer aktuellen Konfiguration des Arbeitsgeräts an Komponenten angreifen (d.h. von modellbasierten bzw. theoretischen Drehmomenten), wobei hierfür die genannten Zustandsinformationen sowie Bauteilinformationen der Komponenten berücksichtigt werden,
3. 3) Erfassen von an Komponenten tatsächlich angreifenden Drehmomenten,
4. 4) Vergleichen der in Schritt 2) berechneten Drehmomente und der in Schritt 3) erfassten Drehmomente sowie Ermitteln eines an einem definierten Angriffspunkt des Arbeitsgeräts tatsächlich angreifenden Kraftvektors anhand des genannten Vergleichs, und
5. 5) Ausführen einer Aktion in Abhängigkeit des in Schritt 4) berechneten Kraftvektors.

The method according to the invention comprises the following steps:

1. 1) detection of status information relating to at least one current position and/or a current speed and/or a current acceleration of at least two components of the movement device,
2. 2) Calculation of torques, which act on components due to a current configuration of the working device (ie model-based or theoretical torques), with the stated status information and component information of the components being taken into account for this purpose,
3. 3) Recording of torques actually acting on components,
4. 4) comparing the torques calculated in step 2) and the torques detected in step 3) and determining a force vector actually acting at a defined point of application of the working device on the basis of said comparison, and
5. 5) Carrying out an action depending on the force vector calculated in step 4).

Diese Schritte müssen nicht zwangsläufig alle hintereinander oder in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.These steps do not necessarily have to be carried out all in a row or in the order given.

Wenn vorliegend von einer Erfassung eines Drehmoments die Rede ist, wird davon auch der Fall umfasst, dass die eigentliche Messung eine andere Größe (z.B. einen Druck oder eine Kraft) betrifft und eine geeignete Umrechnung in ein Drehmoment erfolgt (z.B. kann eine gemessene Kraft über das Kreuzprodukt mit einem Positionsvektor in ein Drehmoment umgerechnet werden, wobei der Positionsvektor als Bauteilinformation oder als eine daraus abgeleitete Information bekannt sein kann).If we are talking about the detection of a torque, this also includes the case that the actual measurement relates to a different variable (e.g. a pressure or a force) and a suitable conversion into a torque takes place (e.g. a measured force can be Cross product with a position vector can be converted into a torque, where the position vector can be known as component information or as information derived therefrom).

Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt die tatsächlich während der Durchführung eines Arbeitsvorgangs auf die Bewegungseinrichtung wirkenden Kräfte in Form eines Kraftvektors, welcher auf einen definierten Angriffspunkt bezogen ist. Letzterer kann idealerweise festlegbar sein und befindet sich vorzugsweise am Werkzeug oder einem Endeffektor. Im Falle eines Baggers, welcher einen Grabvorgang durchführt, handelt es sich bei besagtem berechnetem Kraftvektor insbesondere um eine momentan tatsächlich angreifende Grabkraft.The method according to the invention takes into account the forces actually acting on the movement device during the execution of a work process in the form of a force vector which is related to a defined point of application. The latter can ideally be fixable and is preferably located on the tool or an end effector. In the case of an excavator which is carrying out a digging process, said calculated force vector is in particular a digging force actually acting at the moment.

Die Berechnung der theoretischen Drehmomente in Schritt 2) und die Erfassung der tatsächlich wirkenden Drehmomente in Schritt 3) beziehen sich insbesondere auf dieselben Komponenten, sodass ein direkter Vergleich stattfinden und daraus auf einen tatsächlich angreifenden Kraftvektor geschlossen werden kann. Um letzteren möglichst genau zu charakterisieren, müssen die Drehmomente von mindestens zwei unterschiedlichen Komponenten miteinander verglichen werden, sodass wenigstens zwei nicht parallel zueinander stehende Komponenten des Kraftvektors ermittelt werden können. Je mehr Komponenten der Bewegungseinrichtung in den Vergleich einbezogen werden, desto genauer kann der Kraftvektor ermittelt werden.The calculation of the theoretical torques in step 2) and the detection of the actually acting torques in step 3) relate in particular to the same components, so that a direct comparison can take place and from this a conclusion can be drawn about an actually acting force vector. In order to characterize the latter as precisely as possible, the torques of at least two different components must be compared with one another, so that at least two components of the force vector that are not parallel to one another can be determined. The more components of the movement device are included in the comparison, the more precisely the force vector can be determined.

Allerdings könnte m Prinzip selbst bei parallel zueinander ausgerichteten Komponenten (bzw. den zugehörigen Positionsvektoren) eine ausreichende Abschätzung der tatsächlich angreifenden Kraft funktionieren, da die nicht beobachtete Kraftkomponente durch die Struktur des Arbeitsgeräts aufgenommen würde und die Aktuatoren daher nur den beobachtbaren (bzw. durch den genannten Vergleich ermittelbaren) Anteil des Kraftvektors überwinden müssten.However, in principle, even with components aligned parallel to one another (or the associated position vectors), an adequate estimate of the force actually acting could function, since the force component that was not observed would be absorbed by the structure of the implement and the actuators therefore only have to overcome the observable part of the force vector (or the part that can be determined by the comparison mentioned).

Der Begriff "Vergleich" ist breit auszulegen. Der genannte Vergleich kann daher jegliche Methode umfassen, die es ermöglicht, aus den berechneten Drehmomenten und den ermittelten Drehmomenten die tatsächliche angreifende Kraft zu ermitteln bzw. abzuschätzen. So kann der Vergleich eine Bestimmung der tatsächlich angreifenden Kraft über die Methode der kleinsten Fehlerquadrate umfassen oder ein anderes Schätzverfahren, insbesondere rekursives Schätzverfahren, zum Einsatz kommen.The term "comparison" is to be interpreted broadly. The comparison mentioned can therefore include any method that makes it possible to determine or estimate the actually acting force from the calculated torques and the determined torques. The comparison can include a determination of the actually acting force using the least squares error method or another estimation method, in particular a recursive estimation method, can be used.

Die Berücksichtigung der Grabkraft ermöglicht eine Automatisierung des Grabvorgangs, beispielsweise indem eine geplante Trajektorie für eine Bewegung im Rahmen des Grabvorgangs (d.h. eine Grabtrajektorie) entsprechend an die Grabkraft angepasst wird und/oder bei Überschreitung eines Grenzwerts ein Hinweis an den Bediener des Arbeitsgeräts ausgegeben wird. Eine Anpassung kann beispielsweise in Form einer Neuplanung der Grabtrajektorie oder einer Beendigung des Grabvorgangs erfolgen.Taking the digging force into account enables the digging process to be automated, for example by adapting a planned trajectory for a movement as part of the digging process (i.e. a digging trajectory) to the digging force and/or by notifying the operator of the implement if a limit value is exceeded. An adjustment can take place, for example, in the form of replanning the digging trajectory or ending the digging process.

Die Anpassung der Grabtrajektorie und die Ausgabe eines Hinweises sind lediglich Beispiele für die genannte Aktion, welche in Abhängigkeit des berechneten Kraftvektors ausgeführt wird. Hier sind selbstverständlich andere Aktionen denkbar wie z.B. eine Anpassung von Maschinenparametern. Darüber hinaus kann beispielsweise eine Anpassung der Grabtrajektorie von weiteren Bedingungen abhängen wie z.B. der Überschreitung eines zeitlichen Schwellenwerts und/oder dem Vorliegen eines minimalen Trajektorienfolgefehlers.The adaptation of the digging trajectory and the output of a message are only examples of the action mentioned, which is carried out depending on the calculated force vector. Of course, other actions are conceivable here, such as adjusting machine parameters. In addition, for example, an adjustment of the digging trajectory can depend on other conditions, such as exceeding a temporal threshold value and/or the presence of a minimal trajectory following error.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber nicht nur bei Grabprozessen, sondern generell bei allen Arbeitsabläufen zum Einsatz kommen, bei denen externe Kräfte auf das Werkzeug (bzw. die Bewegungseinrichtung) des Arbeitsgeräts wirken, welche eine Berücksichtigung wie beispielsweise eine Anpassung einer vorgegebenen Trajektorie im Rahmen automatischer Bewegungsabläufe erfordern können. Ein solcher Arbeitsablauf kann z.B. das Aufnehmen von Material mit dem Greifwerkzeug eines Matrialumschlaggeräts sein. Hier könnte beispielsweise das Verklemmen von zu bewegendem Material zum Auftreten erhöhter Kräfte führen, welche für einen automatischen Umschlagprozess berücksichtigt werden müssen. Als externe Kräfte werden vorliegend insbesondere auch sämtliche Kräfte verstanden, welche aufgrund des Arbeitsablaufs des Arbeitsgeräts, beispielsweise beim Graben, beim Heben bzw. Bewegen von Material, beim Aufnehmen von Material etc. auftreten können.The method according to the invention can not only be used in digging processes, but in general in all work processes in which external forces act on the tool (or the movement device) of the working device, which take into account such as an adaptation of a given Trajectory may require in the context of automatic movements. Such a workflow can be, for example, picking up material with the gripping tool of a material handling device. Here, for example, the jamming of material to be moved could lead to the occurrence of increased forces, which must be taken into account for an automatic handling process. In the present case, external forces are also understood to mean, in particular, all forces which can occur as a result of the work process of the implement, for example when digging, when lifting or moving material, when picking up material, etc.

In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bauteilinformationen eine Masse, ein Trägheitsmoment und/oder einen Schwerpunkt der jeweiligen Komponenten betreffen. Idealerweise werden geometrische Informationen bzw. Abmessungen der Komponenten als Bauteilinformationen zur Verfügung gestellt. Hier wären auch datengetriebene Modelle denkbar, die nur die Zustandsinformationen und Drehmomentmessungen benötigen. Die Bauteilinformationen werden benötigt, um modellbasierte Drehmomente zu ermitteln, welche - ohne Berücksichtigung externer bzw. durch den Arbeitsprozess auftretender Kräfte - allein aufgrund der Konfiguration (bzw. des Rüstzustands) und der aktuellen Stellung des Arbeitsgeräts bzw. der Bewegungseinrichtung auf die einzelnen Komponenten wirken.In one possible embodiment, it is provided that the component information relates to a mass, a moment of inertia and/or a center of gravity of the respective components. Ideally, geometric information or dimensions of the components are made available as part information. Data-driven models that only require status information and torque measurements would also be conceivable here. The component information is required in order to determine model-based torques which - without taking into account external forces or forces occurring through the work process - act on the individual components solely on the basis of the configuration (or the setup status) and the current position of the working device or the movement device.

Die Bauteilinformationen können auf einem Speicher des Arbeitsgeräts abgelegt sein, welcher beispielsweise Teil der Steuerung oder ein externer, mit der Steuerung verbundener Baustein sein kann. Die Bauteilinformationen können ebenfalls in einer mit der Steuerung insbesondere drahtlos in kommunikativer Verbindung stehenden externen Rechnereinheit wie z.B. einer Cloud gespeichert und durch die Steuerung abrufbar sein. Alternativ oder zusätzlich können die Bauteilinformationen durch ein Modellierungsmittel der Steuerung anhand eines statischen oder dynamischen Modells des Arbeitsgeräts bzw. der Bewegungseinrichtung generiert werden.The component information can be stored in a memory of the working device, which can be part of the controller or an external module connected to the controller, for example. The component information can also be stored in an external computer unit such as a cloud, for example, which is in communicative connection with the controller, in particular wirelessly, and can be called up by the controller. Alternatively or additionally, the component information can be generated by a modeling means of the controller using a static or dynamic model of the working device or the moving device.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der definierte Angriffspunkt am Werkzeug, insbesondere an einem Endeffektor (d.h. am Tool Center Point bzw. TCP) der Bewegungseinrichtung, liegt. Der Angriffspunkt kann festlegbar bzw. variierbar sein, z.B. durch den Bediener des Arbeitsgeräts.In a further possible embodiment it is provided that the defined point of attack on the tool, in particular on an end effector (ie on the tool center Point or TCP) of the moving device is located. The point of attack can be fixed or variable, for example by the operator of the working device.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die berechneten (modellbasierten bzw. theoretischen) und die erfassten (tatsächlichen) Drehmomente jeweils auf dieselben Referenzpunkte der Bewegungseinrichtung bezogen sind. Dadurch ist es möglich, durch einen Vergleich der lediglich aufgrund der Konfiguration und Stellung der Bewegungseinrichtung vorhergesagten Drehmomente und der tatsächlich gemessenen Drehmomente auf eine zusätzlich wirkende, äußere Kraft wie z.B. eine Grabkraft zu schließen. Bei den Referenzpunkten handelt es sich vorzugsweise um Gelenke bzw. Drehgelenke der Bewegungseinrichtung, über die die Komponenten miteinander (bzw. mit dem Werkzeug, wobei letzteres ebenfalls als Komponente der Bewegungseinrichtung angesehen werden kann) drehbar verbunden sind.In a further possible embodiment it is provided that the calculated (model-based or theoretical) and the detected (actual) torques are each related to the same reference points of the movement device. This makes it possible, by comparing the torques predicted solely on the basis of the configuration and position of the movement device and the torques actually measured, to draw conclusions about an additionally acting external force such as a digging force. The reference points are preferably joints or rotary joints of the movement device, via which the components are rotatably connected to one another (or to the tool, the latter also being able to be regarded as a component of the movement device).

Die Gelenke der eine kinematische Kette bildenden Komponenten der Bewegungseinrichtung definieren insbesondere Positionsvektoren, welche zur Charakterisierung der aktuellen Stellungen bzw. Bewegungen der Komponenten und zur Berechnung der Drehmomente herangezogen werden. So kann beispielsweise ein an einen Oberwagen des Arbeitsgeräts über ein erstes Gelenk angelenkter Ausleger, welcher über ein zweites Gelenk schwenkbar mit einem Stiel verbunden ist, durch einen vom ersten zum zweiten Gelenk verlaufenden Positionsvektor repräsentiert sein. Ein auf den Ausleger am Ort des ersten Gelenks wirkendes Drehmoment ist dann das Kreuzprodukt von besagtem Positionsvektor und einer auf den Ausleger am Ort des zweiten Gelenks wirkenden Kraft. Dasselbe gilt für die übrigen gelenkig miteinander verbundenen Komponenten wie Stiel, Werkzeug etc.The joints of the components of the movement device forming a kinematic chain define in particular position vectors which are used to characterize the current positions or movements of the components and to calculate the torques. For example, a boom that is articulated to an upper structure of the implement via a first joint and that is pivotably connected to a stick via a second joint can be represented by a position vector running from the first to the second joint. A torque acting on the cantilever at the location of the first joint is then the cross product of said position vector and a force acting on the cantilever at the location of the second joint. The same applies to the other articulated components such as handle, tool, etc.

Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist einer weiteren möglichen Ausführungsform vorgesehen, dass die Referenzpunkte für die berechneten Drehmomente ausgehend von einem Gelenk einer Komponente an einem Oberwagen des Arbeitsgeräts Positionsvektoren definieren, welche bei der Erfassung der Drehmomente nicht parallel zueinander stehen. Das Drehmoment an einem Drehgelenk aufgrund der äußeren Kraft (z.B. Grabkraft) ist das Kreuzprodukt aus Positionsvektor und besagter Kraft. Somit hat nur der zum Positionsvektor orthogonale Anteil des Kraftvektors einen Einfluss auf das Drehmoment. Es werden daher mindesten zwei Drehmomentmessungen zur Schätzung des Kraftvektors in der Ebene benötigt, deren Positionsvektoren nicht parallel zueinander verlaufen.According to the example described above, a further possible embodiment provides that the reference points for the calculated torques, starting from a joint of a component on an upper structure of the implement, define position vectors which are not parallel to one another when the torques are detected. The torque at a rotary joint due to the external force (e.g. digging force) is the cross product of the position vector and said force. Thus, only the part of the force vector that is orthogonal to the position vector has an influence on the torque. Therefore, at least two torque measurements are needed to estimate the force vector in the plane whose position vectors are not parallel to each other.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zustandsinformationen mittels an der Bewegungseinrichtung angeordneter Sensoren erfasst werden. Hier kann beispielsweise eine Kombination aus Positions- und/oder Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensoren vorgesehen sein.In a further possible embodiment it is provided that the status information is recorded by means of sensors arranged on the movement device. A combination of position and/or speed and/or acceleration sensors can be provided here, for example.

Das Arbeitsgerät kann generell eine Reihe von Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Größen umfassen.The implement can generally include a number of sensors for detecting different sizes.

So kann das Arbeitsgerät mindestens einen Drucksensor zur Messung eines an einem Aktuator anliegenden Hydraulikdrucks aufweisen. Die Bewegungseinrichtung kann einen oder mehrere Hydraulikzylinder als Aktuatoren aufweisen, um die einzelnen Komponenten zu bewegen. Vorzugsweise ist pro Hydraulikzylinder mindestens ein Drucksensor vorgesehen, welcher den jeweils vorherrschenden bzw. anliegenden Hydraulikdruck misst. Idealerweise werden pro Hydraulikzylinder zwei Drucksensoren verwendet, wobei sowohl die Stangen- als auch die Bodenseite jedes Hydraulikzylinders mit je einem Drucksensor ausgestattet sind. Über den so ermittelten Druck kann die auf den Aktuator wirkende Kraft berechnet werden, welche schließlich über die bekannte räumliche Position des Aktuators bzw. Hydraulikzylinders als Vektor definiert werden kann. Die aus den geometrischen Aktuatorparametern und den erfassten Drücken berechneten Kraftvektoren der Aktuatoren werden vorliegend vereinfachend auch als Druckvektoren bezeichnet.The working device can thus have at least one pressure sensor for measuring a hydraulic pressure present at an actuator. The movement device can have one or more hydraulic cylinders as actuators in order to move the individual components. Preferably, at least one pressure sensor is provided per hydraulic cylinder, which measures the respectively prevailing or applied hydraulic pressure. Ideally, two pressure sensors are used per hydraulic cylinder, with both the rod and the base side of each hydraulic cylinder being equipped with a pressure sensor. Using the pressure determined in this way, the force acting on the actuator can be calculated, which can finally be defined as a vector using the known spatial position of the actuator or hydraulic cylinder. The force vectors of the actuators calculated from the geometric actuator parameters and the detected pressures are also referred to here as pressure vectors for the sake of simplicity.

Aus dem Druckvektor eines Aktuators lässt sich unter Berücksichtigung der entsprechenden Bauteilinformationen der durch den Aktuator bewegbaren Komponente und deren aktueller Position bzw. Stellung eine auf eines der Gelenke der Komponente wirkende Kraft und somit das entsprechende Drehmoment berechnen. Die Bauteilinformationen der Bewegungseinrichtung umfassen vorzugsweise auch Informationen zu den jeweiligen Aktuatoren wie z.B. die Anlenkpunkte von Zylinder und Stange an den jeweiligen Komponenten, die Kolbenflächen, Reibungswerte, die Massen der Aktuatoren etc., um aus den Druckmessungen die entsprechenden Kräfte ermitteln zu können.From the pressure vector of an actuator, taking into account the corresponding component information of the component that can be moved by the actuator and its current position or setting, one can be assigned to one of the joints of the component calculate the acting force and thus the corresponding torque. The component information of the moving device preferably also includes information about the respective actuators such as the pivot points of the cylinder and rod on the respective components, the piston surfaces, friction values, the masses of the actuators, etc., in order to be able to determine the corresponding forces from the pressure measurements.

Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät mindestens einen Drehmomentgeber zur Messung eines angreifenden Drehmoments umfassen. Es ist denkbar, dass pro Aktuator mindestens ein Drehmomentgeber vorgesehen ist, um die auf die jeweiligen Komponenten wirkenden Drehmomente zu erfassen.Alternatively or additionally, the implement can include at least one torque sensor for measuring an acting torque. It is conceivable that at least one torque sensor is provided for each actuator in order to record the torques acting on the respective components.

Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät mindestens einen Winkelsensor zur Messung eines aktuellen Winkels einer Komponente umfassen. Bei dem gemessenen Winkel kann es sich um den Winkel einer Komponente relativ zu einer anderen Komponente, zu einem Oberwagen des Arbeitsgeräts oder zum Werkzeug handeln. Der Winkelsensor ist idealerweise im Bereich eines Drehgelenks einer Komponente angeordnet. Vorzugsweise ist pro Drehgelenk ein Winkelsensor vorgesehen, um die Stellungen der einzelnen Komponenten der kinematischen Kette vollständig zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Sensor vorgesehen sein, welcher die Ausschublänge mindestens eines Hydraulikzylinders misst. Durch die festgelegte Geometrie der bewegbaren Komponente ergibt sich daraus eine entsprechende Winkelstellung.Alternatively or additionally, the implement can include at least one angle sensor for measuring a current angle of a component. The angle measured may be the angle of one component relative to another component, to an upper structure of the implement, or to the tool. The angle sensor is ideally arranged in the area of a rotary joint of a component. One angle sensor is preferably provided for each rotary joint in order to completely detect the positions of the individual components of the kinematic chain. Alternatively or additionally, at least one sensor can be provided which measures the extension length of at least one hydraulic cylinder. A corresponding angular position results from the fixed geometry of the movable component.

Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät mindestens einen Positionssensor zur Messung einer aktuellen Position einer Komponente aufweisen. Bei der erfassten Position kann es sich um eine absolute Position handeln, welche beispielsweise mittels eines an der entsprechenden Komponente angebrachten GPS-Moduls oder einer GNSS-Antenne (samt Receiver) gemessen wird. Ebenfalls kann ein GPS-Modul / eine GNSS-Antenne an einer anderen Stelle des Arbeitsgeräts wie z.B. an einem Oberwagen vorgesehen sein, beispielsweise um eine Position des Arbeitsgeräts zu erfassen. Eine Schätzung der Lage und Position des Arbeitsgeräts kann auch durch eine Kombination aus GNSS-Antennen und IMUs erfolgen (z.B. kann hierfür eine IMU an einem Oberwagen des Arbeitsgeräts verbaut sein). Dadurch kann es möglich sein, Geländeinformationen einfließen zu lassen, was z.B. für einen autonomen Betrieb des Arbeitsgeräts und/oder für einen Kippschutz sinnvoll sein kann. Beispielsweise könnten bei zu hohen auftretenden Grabkräften dadurch intelligente Trajektorien zur Fortführung eines autonomen Grabvorgangs generiert werden.Alternatively or additionally, the implement can have at least one position sensor for measuring a current position of a component. The recorded position can be an absolute position, which is measured, for example, using a GPS module attached to the corresponding component or a GNSS antenna (including receiver). A GPS module/a GNSS antenna can also be provided at a different point on the working device, for example on a superstructure, for example in order to record a position of the working device. An estimate of the location and position of the implement can also be made by a combination of GNSS antennas and IMUs (e.g. an IMU can be installed on an upper structure of the implement for this purpose). It can thereby be possible to incorporate terrain information, which can be useful, for example, for autonomous operation of the working device and/or for anti-tilt protection. For example, if the digging forces are too high, intelligent trajectories for the continuation of an autonomous digging process could be generated.

Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät mindestens einen Inertialsensor zur Messung einer aktuellen Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung einer Komponente aufweisen, beispielsweise einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor. Bei dem Inertialsensor kann es sich um eine inertiale Messeinheit ("inertial measurement unit" bzw. IMU) handeln. Vorzugsweise ist an mehreren Komponenten, insbesondere an jeder für die Erfassung der tatsächlich wirkenden Kraft herangezogenen Komponente der Bewegungseinrichtung, ein Inertialsensor bzw. eine IMU vorgesehen, bei einem Baggerausleger also insbesondere am Ausleger und am Stiel sowie ggf. am Werkzeug. Um die Lage des Arbeitsgeräts zu ermitteln, kann ebenfalls eine IMU auf einem drehbaren Oberwagen des Arbeitsgeräts verbaut sein.Alternatively or additionally, the working device can have at least one inertial sensor for measuring a current speed and/or acceleration of a component, for example an acceleration sensor and/or a yaw rate sensor. The inertial sensor can be an inertial measurement unit (IMU). An inertial sensor or an IMU is preferably provided on several components, in particular on each component of the movement device used to detect the actually acting force, in the case of an excavator boom, in particular on the boom and on the stick and possibly on the tool. In order to determine the position of the implement, an IMU can also be installed on a rotatable superstructure of the implement.

Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät mindestens einen Sensor zur Erfassung eines aktuellen Füllstands und/oder Füllgewichts des Werkzeugs aufweisen. Damit ist es beispielsweise möglich, eine aktuelle Füllung eines Baggerlöffels zu detektieren. Es kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer maximalen Füllmenge ein aktueller, automatischer Grabvorgang beendet wird, beispielsweise um den Löffel an einer bestimmten Abladeposition zu leeren. Alternativ könnte das Füllgewicht durch einen geeigneten Algorithmus bestimmt werden, welcher Informationen aus verschiedenen Quellen wie Positions- und Lageschätzung, Geländeinformationen, verfahrene Trajektorie etc. verwendet.As an alternative or in addition, the tool can have at least one sensor for detecting a current fill level and/or fill weight of the tool. This makes it possible, for example, to detect the current filling of an excavator bucket. Provision can be made for a current, automatic digging process to be ended when a maximum filling quantity is reached, for example in order to empty the bucket at a specific unloading position. Alternatively, the fill weight could be determined by a suitable algorithm using information from various sources such as position and attitude estimation, terrain information, trajectory traveled, etc.

Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät mindestens einen akustischen Sensor zur Erfassung eines Geräuschs des Arbeitsgeräts während des Betriebs aufweisen, dessen Signale vorzugsweise mittels eines Analysemittels ausgewertet werden, um auf einen aktuellen Betriebszustand des Arbeitsgeräts wie z.B. das Erreichen einer Leistungsgrenze zu schließen. Zur Analyse der Sensorsignale kann ein maschinelles Lernverfahren bzw. künstliches neuronales Netz zum Einsatz kommen, um unterschiedliche Maschinenzustände zuverlässig anhand der aufgenommenen Geräusche zu identifizieren und ggf. entsprechende Aktionen auszuführen.Alternatively or additionally, the working device can have at least one acoustic sensor for detecting a noise of the working device during operation, the signals of which are preferably evaluated by means of an analysis means, to infer a current operating status of the implement, such as reaching a performance limit. A machine learning method or artificial neural network can be used to analyze the sensor signals in order to reliably identify different machine states based on the recorded noises and, if necessary, to carry out appropriate actions.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der tatsächlich angreifende Kraftvektor mittels eines rekursiven Verfahrens ermittelt wird, beispielsweise einem "Recursive Least Squares"-Algorithmus oder mittels eines Beobachters wie einem Kalman Filter.In a further possible embodiment it is provided that the actually acting force vector is determined by means of a recursive method, for example a "Recursive Least Squares" algorithm or by means of an observer such as a Kalman filter.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der tatsächlich angreifende Kraftvektor mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert wird. Dadurch können Unsicherheiten in dem der Ermittlung der theoretischen Drehmomente zugrundeliegenden Modell berücksichtigt und somit eine maximale Belastungsgrenze der Bewegungseinrichtung sicher eingehalten werden. Der Gewichtungsfaktor kann von einem aktuellen Zustand der Bewegungseinrichtung oder des Arbeitsgeräts oder von dem ermittelten tatsächlich angreifenden Kraftvektor abhängen.Alternatively or additionally, it can be provided that the force vector actually acting is multiplied by a weighting factor. As a result, uncertainties can be taken into account in the model on which the determination of the theoretical torques is based, and a maximum load limit of the moving device can thus be reliably maintained. The weighting factor can depend on a current state of the movement device or the working device or on the determined force vector that is actually acting.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ausgeführte Aktion das Ausgeben einer Warnung oder eines Hinweises umfasst, insbesondere optisch und/oder akustisch. Dadurch kann beispielsweise der Bediener des Arbeitsgeräts darauf hingewiesen werden, dass eine maximale Kraft (z.B. Grabkraft) überschritten, eine maximale Füllung des Werkzeugs erreicht, ein Sicherheitsbereich bezüglich der Kippsicherheit des Arbeitsgeräts überschritten oder eine Trajektorie angepasst wurde. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Nachricht bzw. ein Signal an ein externes Gerät oder eine Cloud gesendet wird.In a further possible embodiment it is provided that the action carried out includes the outputting of a warning or an indication, in particular optically and/or acoustically. In this way, for example, the operator of the implement can be informed that a maximum force (e.g. digging force) has been exceeded, the tool has reached its maximum filling level, a safety range with regard to the implement's tilt safety has been exceeded or a trajectory has been adjusted. Furthermore, it can be provided that a message or a signal is sent to an external device or a cloud.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung eingerichtet ist, die Aktuatoren derart automatisch anzusteuern, dass sich das Werkzeug entlang einer Trajektorie bewegt. Die Steuerung ist also für eine autonome oder teilautonome Steuerung des Arbeitsgeräts ausgelegt und kann Bewegungen entlang vorgegebener Trajektorien durchführen. Die Aktion in Abhängigkeit des berechneten Kraftvektors kann dabei eine Änderung der Trajektorie und/oder ein Eingreifen in die automatische Bewegung entlang der Trajektorie umfassen.In a further possible embodiment it is provided that the controller is set up to automatically control the actuators in such a way that the tool moves along a trajectory. The controller is therefore designed for autonomous or semi-autonomous control of the implement and can move along perform specified trajectories. The action depending on the calculated force vector can include a change in the trajectory and/or an intervention in the automatic movement along the trajectory.

Bei der Trajektorie kann es sich um eine Grabtrajektorie handeln, d.h. eine vorgegebene Trajektorie, entlang derer sich das Werkzeug bei einem Grabprozess bewegt. Der Arbeitsvorgang kann in mehrere Arbeitsschritte bzw. Phasen unterteilt sein, wobei für jede der Phasen eine oder mehrere Trajektorien vorgegeben sein können.The trajectory can be a digging trajectory, i.e. a predetermined trajectory along which the tool moves during a digging process. The work process can be subdivided into several work steps or phases, with one or more trajectories being able to be specified for each of the phases.

Beispielsweise kann ein automatisch durchgeführter Grabprozess in drei Phasen unterteilt sein, wobei eine erste Phase das eigentliche Graben betrifft, bei welchem Material mit einem Baggerlöffel aufgenommen wird und die dabei auftretenden Grabkräfte mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden, eine zweite Phase das Abladen des Materials beispielsweise auf einem LKW betrifft, und in einer dritten Phase die Bewegung des Baggerlöffels von der Abladestelle zur nächsten Grabposition erfolgt. Selbstverständlich ist eine Unterteilung in mehr oder weniger Phasen möglich mit einer oder mehreren Trajektorien pro Phase.For example, an automatically performed digging process can be divided into three phases, with a first phase relating to the actual digging, in which material is picked up with a shovel and the digging forces that occur are taken into account using the method according to the invention, a second phase involves unloading the material, for example concerns a truck, and in a third phase the excavator bucket is moved from the unloading point to the next digging position. Of course, a subdivision into more or fewer phases is possible with one or more trajectories per phase.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei nicht nur beim Graben selbst zur Anwendung kommen, sondern auch in den anderen Phasen. So kann beispielsweise beim Abladen ebenfalls eine Kraft auf das Werkzeug bzw. die Bewegungseinrichtung wirken, welche bei entsprechender Berücksichtigung zu einer Adaption der Trajektorie führen kann.The method according to the invention can be used not only during the excavation itself, but also in the other phases. For example, when unloading, a force can also act on the tool or the movement device, which can lead to an adaptation of the trajectory if taken into account accordingly.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ermittelte Kraftvektor mit mindestens einem Vergleichskraftvektor verglichen und auf Grundlage des genannten Vergleichs die Aktion ausgeführt wird, wobei der mindestens eine Vergleichskraftvektor vorzugsweise einer maximal möglichen Kraft (z.B. einer maximal möglichen Grabkraft) entspricht. Überschreitet beispielsweise der Betrag des ermittelten Kraftvektors den Betrag des Vergleichskraftvektors, kann eine Anpassung bzw. Neuberechnung einer Trajektorie oder gar eine Beendigung des aktuellen Arbeitsprozesses erfolgen. Ebenfalls ist die Ausgabe eines Hinweises denkbar.Another possible embodiment provides that the determined force vector is compared with at least one comparative force vector and the action is carried out on the basis of said comparison, the at least one comparative force vector preferably corresponding to a maximum possible force (e.g. a maximum possible digging force). For example, if the magnitude of the determined force vector exceeds the magnitude of the comparative force vector, a trajectory can be adapted or recalculated or the current work process can even be terminated. The output of a notice is also conceivable.

Der Vergleichskraftvektor kann auf einem Speicher hinterlegt sein oder durch ein Modellierungsmittel während des Arbeitsprozesses anhand eines statischen oder dynamischen Modells unter Berücksichtigung einer aktuellen Stellung des Arbeitsgeräts bzw. der Bewegungseinrichtung berechnet werden.The comparative force vector can be stored in a memory or can be calculated by a modeling means during the working process using a static or dynamic model, taking into account a current position of the working device or the moving device.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein anhand eines maximal möglichen Drucks an einem Aktuator berechneter Kraftvektor auf einen Referenzvektor projiziert wird, um den Vergleichskraftvektor zu erhalten. Für jeden Aktuator der Bewegungseinrichtung kann ein entsprechender Kraftvektor ermittelt und auf den Referenzvektor projiziert werden, sodass mehrere Vergleichskraftvektoren berechnet werden. Für jeden dieser Vergleichskraftvektoren kann ein Vergleich mit der tatsächlich angreifenden Kraft erfolgen und ggf. eine bestimmte Aktion durchgeführt werden.In a further possible embodiment it is provided that at least one force vector calculated on the basis of a maximum possible pressure on an actuator is projected onto a reference vector in order to obtain the comparative force vector. A corresponding force vector can be determined for each actuator of the movement device and projected onto the reference vector, so that a number of comparative force vectors are calculated. For each of these comparative force vectors, a comparison can be made with the force actually acting and, if necessary, a specific action can be carried out.

Bei dem Referenzvektor kann es sich um den ermittelten tatsächlich angreifenden Kraftvektor, einen Geschwindigkeitsvektor, welcher eine von der Bewegungseinrichtung abgefahrene Trajektorie repräsentiert, oder einen anderweitig definierbaren oder definierten Vektor handeln. Entspricht der Referenzvektor nicht dem ermittelten tatsächlich angreifenden Kraftvektor, so wird Letzterer vorzugsweise ebenfalls auf den Referenzvektor projiziert, sodass die Projektionen der aus den Aktuatordrücken ermittelten Kraftvektoren und die Projektion des tatsächlich angreifenden Kraftvektors miteinander sinnvoll verglichen werden können.The reference vector can be the ascertained actually acting force vector, a speed vector which represents a trajectory traversed by the movement device, or a vector which can be or is defined in some other way. If the reference vector does not correspond to the ascertained actually acting force vector, the latter is preferably also projected onto the reference vector, so that the projections of the force vectors ascertained from the actuator pressures and the projection of the actually acting force vector can be meaningfully compared with one another.

Um die Kraftvektoren für den Vergleich mit der ermittelten tatsächlich angreifenden Kraft zu erhalten, kann es erforderlich sein, für die einzelnen Aktuatoren geltende Kraft- oder Druckvektoren in entsprechende Kraftvektoren umzurechnen, die auf bestimmte Referenzpunkte der durch die Aktuatoren bewegbaren Komponenten bezogen sind, beispielsweise auf Drehgelenke oder auf einen Referenzpunkt am Werkzeug oder Endeffektor. Da die Komponenten konstruktiv festgelegt sind, ist eine Umrechnung der Druck- oder Kraftvektoren in die Kraftvektoren an dem oder den Referenzpunkten mittels der zur Verfügung stehenden Bauteilinformationen möglich.In order to obtain the force vectors for comparison with the determined actually acting force, it may be necessary to convert the force or pressure vectors applicable to the individual actuators into corresponding force vectors that are related to specific reference points of the components that can be moved by the actuators, for example rotary joints or to a reference point on the tool or end effector. Since the components are structurally fixed, it is possible to convert the pressure or force vectors into the force vectors at the reference point or points using the available component information.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktion ausgeführt wird, wenn der Betrag des ermittelten Kraftvektors den Betrag des Vergleichskraftvektors überschreitet und/oder ein Trajektorienfolgefehler einen vorzugsweise festlegbaren Grenzwert überschreitet. Diese Kriterien können also einzeln oder in Kombination dazu führen, dass eine Aktion wie beispielsweise eine Anpassung bzw. Neuberechnung der Trajektorie, die Ausgabe eines Hinweises oder die Beendigung des aktuellen Arbeitsvorgangs durchgeführt wird. Selbstverständlich können weitere Kriterien herangezogen werden. Diese können entweder festgelegt oder von einer aktuellen Stellung des Arbeitsgeräts und/oder Umgebungseinflüssen abhängig sein.In a further possible embodiment it is provided that the action is carried out when the magnitude of the determined force vector exceeds the magnitude of the comparison force vector and/or a trajectory following error exceeds a preferably definable limit value. These criteria can therefore lead individually or in combination to an action such as an adjustment or recalculation of the trajectory, the output of a message or the termination of the current work process. Other criteria can of course also be used. These can either be fixed or dependent on a current position of the implement and/or environmental influences.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trajektorie mit einer Referenzgeschwindigkeit abgefahren wird, wobei Aktion eine Reduktion der Referenzgeschwindigkeit umfasst. Die Reduktion kann entweder auf eine niedrigere Referenzgeschwindigkeit erfolgen, oder aber auf eine Geschwindigkeit von Null, um den aktuellen Arbeitsvorgang zu beenden. Die Reduktion kann schrittweise erfolgen, d.h. zunächst wird die Referenzgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert verringert und dann die in einem darauffolgenden Schritt erneut ermittelte tatsächlich angreifende Kraft wieder mit dem Vergleichskraftvektor verglichen. Bei erneuter Überschreitung kann entweder abermals eine Reduktion der Referenzgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert erfolgen oder es kann der aktuelle Arbeitsvorgang direkt abgebrochen bzw. kontrolliert beendet werden.In a further possible embodiment, it is provided that the trajectory is traversed at a reference speed, with the action including a reduction in the reference speed. The reduction can either be to a lower reference speed or to a speed of zero to end the current work process. The reduction can take place step by step, i.e. first the reference speed is reduced to a lower value and then the actually acting force, which is determined again in a subsequent step, is again compared with the comparative force vector. If it is exceeded again, the reference speed can either be reduced again to a lower value or the current work process can be stopped directly or ended in a controlled manner.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktion ein Beendigen der automatischen Bewegung entlang der Trajektorie umfasst, wobei vorzugsweise eine bisher erreichte Position des Werkzeugs, insbesondere eine maximale Tiefe und/oder Abstand des Werkzeugs von einem Oberwagen des Arbeitsgeräts, erfasst und in der Steuerung (oder einem mit der Steuerung verbundenen Speicher) gespeichert wird. Diese Werte können bei der Planung des nächsten Arbeitsvorgangs verwendet werden. Mit anderen Worten wird bei einem Fortsetzen der Trajektorie diese vorzugsweise ausgehend von der vorgenannten gespeicherten Position geplant und/oder durchgeführt.In a further possible embodiment, it is provided that the action includes ending the automatic movement along the trajectory, with a previously reached position of the tool, in particular a maximum depth and/or distance of the tool from an upper carriage of the implement, being recorded and in the controller (or memory associated with the controller). These values can be used when planning the next operation. In other words, if you continue This trajectory is preferably planned and/or carried out starting from the aforementioned stored position.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf Grundlage des ermittelten tatsächlich angreifenden Kraftvektors und einer aktuellen Stellung des Arbeitsgeräts bzw. der Bewegungseinrichtung auf einen das Kippverhalten des Arbeitsgeräts repräsentierenden Parameter geschlossen wird, wobei vorzugsweise die genannte Aktion durchgeführt wird, wenn der Parameter einen Grenzwert überoder unterschreitet. Beispielsweise kann eine durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelte Grabkraft zur Überwachung des Kippverhaltens des Arbeitsgeräts verwendet werden. Beispielsweise kann bei einem Überschreiten eines Sicherheitsbereiches bezüglich der Kippsicherheit ein automatischer Arbeitsvorgang abgebrochen und das Arbeitsgerät in einen sicheren Zustand versetzt werden. Dies kann beispielsweise auch das bloße Bewegen oder Absetzen von einer Last bzw. Material betreffen. Für die Analyse bzw. Überwachung des Kippverhaltens des Arbeitsgeräts wird vorteilhafterweise die Lage bzw. Stellung des Arbeitsgeräts bestimmt, beispielsweise über eine an einem Oberwagen des Arbeitsgeräts verbaute IMU.In a further possible embodiment, it is provided that a parameter representing the tilting behavior of the implement is inferred on the basis of the determined force vector that is actually acting and a current position of the implement or the moving device, with the action mentioned preferably being carried out if the parameter exceeds a limit value exceeds or falls below. For example, a digging force determined by the method according to the invention can be used to monitor the tipping behavior of the implement. For example, if a safety range with regard to tipping safety is exceeded, an automatic work process can be aborted and the working device can be put into a safe state. This can, for example, also relate to the mere movement or setting down of a load or material. For the analysis or monitoring of the tipping behavior of the implement, the location or position of the implement is advantageously determined, for example via an IMU installed on an upper carriage of the implement.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei der Bewegungseinrichtung um einen Baggerausleger handelt, wobei eine erste Komponente ein mit einem Oberwagen des Arbeitsgeräts gelenkig verbundener Ausleger und eine zweite Komponente ein gelenkig mit der ersten Komponente verbundener Stiel ist. Vorzugsweise ist eine dritte Komponente das Werkzeug selbst. Das Werkzeug kann dabei direkt oder über eine oder mehrere weitere Komponenten mit dem Stiel gelenkig verbunden sein. Die verschiedenen Komponenten des Baggerauslegers sind vorzugsweise über Hydraulikzylinder miteinander verbunden und gegeneinander verschwenkbar. Eine der Komponenten der Bewegungseinrichtung kann das Drehwerk des genannten Oberwagens sein. Dieses kann das erste Glied einer durch die Bewegungseinrichtung gebildeten kinematischen Kette sein. Alternativ kann der an den Oberwagen angelenkte Ausleger das erste Glied der kinematischen Kette darstellen.In a further possible embodiment it is provided that the moving device is an excavator boom, with a first component being a boom articulated to an upper structure of the implement and a second component being a stick articulated to the first component. A third component is preferably the tool itself. The tool can be articulated to the handle directly or via one or more other components. The various components of the excavator boom are preferably connected to one another via hydraulic cylinders and can be pivoted in relation to one another. One of the components of the moving device can be the slewing gear of said superstructure. This can be the first link of a kinematic chain formed by the movement device. Alternatively, the boom linked to the superstructure can represent the first link in the kinematic chain.

Nicht alle beweglichen Komponenten des Baggerauslegers müssen zwangsläufig als Komponente der Bewegungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung angesehen werden. So kann der Baggerausleger beispielsweise einen oder mehrere Umlenkhebel zur Bewegung eines Baggerlöffels aufweisen, an welche(n) ein Löffelzylinder angelenkt ist. Allerdings müssen für derartige Umlenkhebel nicht extra einzeln modellbasierte Drehmomente berechnet und tatsächlich angreifende Drehmomente erfasst werden. Die kinematische Kette eines solchen Baggerarms ist insbesondere über das Drehgelenk zwischen dem Baggerlöffel und dem Stiel bzw. der mit dem Baggerlöffel verbundenen Auslegerkomponente definiert.Not all movable components of the excavator boom must necessarily be regarded as components of the movement device within the meaning of the present invention. For example, the excavator boom can have one or more deflection levers for moving an excavator bucket, to which a bucket cylinder is articulated. However, model-based torques do not have to be individually calculated and actually acting torques recorded for such reversing levers. The kinematic chain of such an excavator arm is defined in particular by the swivel joint between the excavator bucket and the stick or the boom component connected to the excavator bucket.

Die Berechnungen und/oder Steuerbefehle können sich auf Aktuatorkoordinaten oder kartesische Koordinaten (z.B. TCP-Koordinaten oder Weltkoordinaten) beziehen. Die Wahl des genauen Koordinatensystems hat jedoch keinen Einfluss auf den erfindungsgemäßen Gegenstand. Die verschiedenen Koordinatensysteme lassen sich gegebenenfalls durch entsprechende Transformationen ohne weiteres ineinander umrechnen.The calculations and/or control commands can relate to actuator coordinates or Cartesian coordinates (e.g. TCP coordinates or world coordinates). However, the choice of the exact coordinate system has no influence on the subject matter according to the invention. The various coordinate systems can easily be converted into one another, if appropriate, by means of appropriate transformations.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Arbeitsgerät, vorzugsweise ein Materialumschlag- oder Erdbewegungsgerät und insbesondere einen Bagger, umfassend eine Bewegungseinrichtung mit einem Werkzeug zum Aufnehmen von Material, welche mindestens zwei jeweils über mindestens einen Aktuator bewegbare Komponenten umfasst, und eine Steuerung, mittels welcher die Aktuatoren steuerbar und/oder regelbar sind.The present invention also relates to a working device, preferably a material handling or earthmoving device and in particular an excavator, comprising a movement device with a tool for picking up material, which comprises at least two components that can each be moved via at least one actuator, and a controller by means of which the actuators can be controlled and/or regulated.

Das Arbeitsgerät ist dazu ausgelegt, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, d.h. es weist entsprechende Mittel zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte auf. Das Arbeitsgerät kann gemäß einer oder mehrerer der oben dargelegten Ausführungsformen, welche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens diskutiert wurden, ausgebildet sein. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.The working device is designed to carry out the method according to the invention, ie it has appropriate means for carrying out the method steps according to the invention. The working device can be designed according to one or more of the embodiments presented above, which were discussed in the context of the method according to the invention. This obviously results in the same advantages and properties as for the method according to the invention, which is why a repeated description is dispensed with at this point.

Hierbei ist es denkbar, dass die jeweiligen Verfahrensschritte, insbesondere die oben beschriebenen Schritte 2), 4) und 5), durch die Steuerung oder aber ganz oder teilweise durch mit der Steuerung in Verbindung stehende Mittel durchführbar sind. Einige der Verfahrensschritte können außerhalb des Arbeitsgeräts, beispielsweise durch eine externe Rechnereinheit bzw. Cloud, durchgeführt und die entsprechenden Daten an das Arbeitsgerät übermittelt werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass ein separater elektronischer Baustein oder eine separate Rechnereinheit am Arbeitsgerät für die Durchführung gewisser Verfahrensschritte wie z.B. eine Grabkraftschätzung zur Verfügung stehen.It is conceivable here for the respective method steps, in particular steps 2), 4) and 5) described above, to be able to be carried out by the controller or entirely or partially by means connected to the controller. Some of the method steps can be carried out outside of the working device, for example by an external computer unit or cloud, and the corresponding data can be transmitted to the working device. It is also conceivable that a separate electronic component or a separate computer unit is available on the working device for carrying out certain method steps such as e.g. an estimate of the digging force.

In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Arbeitsgerät einen auf einem fahrbaren Unterwagen drehbar gelagerten Oberwagen umfasst, wobei es sich bei der Bewegungseinrichtung um einen Baggerausleger handelt, wobei eine erste Komponente ein mit dem Oberwagen gelenkig verbundener Ausleger und eine zweite Komponente ein gelenkig mit der ersten Komponente verbundener Stiel ist. Vorzugsweise ist eine dritte Komponente das Werkzeug selbst. Das Werkzeug kann dabei direkt oder über eine oder mehrere weitere Komponenten mit dem Stiel gelenkig verbunden sein. Die verschiedenen Komponenten des Baggerauslegers sind vorzugsweise über Hydraulikzylinder miteinander verbunden und gegeneinander verschwenkbar.In one possible embodiment, it is provided that the working device comprises an upper carriage that is rotatably mounted on a mobile undercarriage, the movement device being an excavator boom, with a first component being a boom articulated to the superstructure and a second component being an articulated boom to the first component connected stem. A third component is preferably the tool itself. The tool can be articulated to the handle directly or via one or more other components. The various components of the excavator boom are preferably connected to one another via hydraulic cylinders and can be pivoted in relation to one another.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, welches Befehle umfasst, die bei einer Ausführung des Programms bewirken, dass das erfindungsgemäße Arbeitsgerät die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt. Die Verfahrensschritte können allesamt durch Mittel des Arbeitsgeräts ausgeführt werden. Alternativ ist vorstellbar, dass ein oder mehrere Schritte ausgelagert sind und durch eine mit dem Arbeitsgerät in Verbindung stehende (Rechner-)Einheit durchgeführt werden, wobei ein entsprechender Datenaustausch erfolgt. Letzteres Merkmal wird vorliegend ebenfalls dahingehend verstanden, dass die jeweiligen Schritte durch das Arbeitsgerät ausgeführt werden, da das Arbeitsgerät zumindest die zur Ausführung dieser Schritte benötigten Daten zur Verfügung stellt und/oder die extern generierten Daten empfängt, um ggf. eine entsprechende Aktion durchzuführen.The present invention further relates to a computer program product which comprises instructions which, when the program is executed, cause the working device according to the invention to carry out the steps of the method according to the invention. The method steps can all be carried out by means of the working device. Alternatively, it is conceivable that one or more steps are outsourced and carried out by a (computer) unit connected to the working device, with a corresponding data exchange taking place. The latter feature is also understood here to mean that the respective steps are carried out by the working device, since the working device makes available at least the data required for carrying out these steps and/or receives the externally generated data in order to carry out a corresponding action if necessary.

Es kann vorgesehen sein, dass sämtliche Schritte, welche eine Berechnung, Modellierung, einen Vergleich oder eine sonstige Datenverarbeitung erfordern, durch die Steuerung des Arbeitsgeräts selbst durchgeführt werden. Einer oder mehrere dieser Schritte können aber wie gesagt durch mit der Steuerung verbundene externe Bausteine oder Rechner durchgeführt werden.Provision can be made for all steps that require calculation, modelling, comparison or other data processing to be carried out by the control of the implement itself. However, as stated, one or more of these steps can be carried out by external modules or computers connected to the controller.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen.Further features, details and advantages of the invention result from the exemplary embodiments explained below.

Im Folgenden wird zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem Hydraulikbagger mit einem mittels eines Drehwerks drehbaren Oberwagen und einem daran angelenkten Baggerausleger als Bewegungseinrichtung ausgegangen. Der Baggerausleger umfasst einen an den Oberwagen um ein Drehgelenk schwenkbar angelenkten Ausleger, einen am anderen Ende des Auslegers mit diesem um ein weiteres Drehgelenk schwenkbar verbundenen Stiel bzw. Löffelstiel sowie einen am anderen Ende des Stiels mit diesem um ein weiteres Drehgelenk schwenkbar verbundenen Baggerlöffel als Werkzeug.In the following, to illustrate the method according to the invention, a hydraulic excavator with an upper carriage that can be rotated by means of a slewing gear and an excavator boom articulated thereon as the movement device is assumed. The excavator boom comprises a boom pivoted on the superstructure about a pivot joint, a stick or dipper stick connected at the other end of the boom to this stick or dipper stick pivotable about a further pivot joint, and an excavator bucket as a tool connected to this stick pivotable about a further pivot joint .

Ausleger, Stiel und Baggerlöffel sind jeweils mittels mindestens eines Hydraulikzylinders bewegbar bzw. schwenkbar, während mindestens ein Hydraulikmotor das Drehwerk des Oberwagens antreibt. Jeder der beweglichen Komponenten (Oberwagen, Ausleger, Stiel und Baggerlöffel) ist somit wenigstens ein Aktuator (Drehwerk, Hydraulikzylinder) zugeordnet. So bewirkt beispielsweise ein Ausfahren eines oder zweier zwischen Oberwagen und Ausleger angeordneter Auslegerzylinder ein Verschwenken des Auslegers um das Drehgelenk am Oberwagen, sodass sich dessen vom Oberwagen beabstandetes Ende nach oben bewegt. Ein gelenkig mit Ausleger und Stiel verbundener Stielzylinder verschwenkt den Stiel relativ zum Ausleger. Ferner ist ein Löffelzylinder vorgesehen, welcher den Baggerlöffel, ggf. über einen oder mehrere Umlenkhebel, relativ zum Stiel verschwenkt. Zwischen Oberwagen und Ausleger kann ferner ein Energierückgewinnungszylinder vorgesehen sein. In diesem Fall muss der Einfluss des Energierückgewinnungszylinders (z.B. die durch diesen bei einer Auslegerbewegung zur Unterstützung ausgeübte Kraft) ebenfalls für das kinematische Modell des Arbeitsgeräts berücksichtigt werden.The boom, stick and excavator bucket can each be moved or swiveled by means of at least one hydraulic cylinder, while at least one hydraulic motor drives the slewing gear of the superstructure. At least one actuator (slewing gear, hydraulic cylinder) is therefore assigned to each of the moving components (superstructure, boom, stick and excavator bucket). For example, extending one or two boom cylinders arranged between the superstructure and boom causes the boom to pivot about the swivel joint on the superstructure, so that its end spaced apart from the superstructure moves upwards. A stick cylinder pivotally connected to the boom and stick pivots the stick relative to the boom. Furthermore, a shovel cylinder is provided, which pivots the excavator shovel relative to the stick, possibly via one or more deflection levers. Between the superstructure and Boom can also be provided an energy recovery cylinder. In this case, the influence of the energy recovery cylinder (eg the force exerted by it during a boom movement in support) must also be taken into account for the kinematic model of the implement.

Die verschiedenen Komponenten lassen sich unabhängig voneinander mittels der unterschiedlichen Aktuatoren bewegen und bilden eine kinematische Kette. Für die folgende Betrachtung ist es dabei nicht erheblich, ob der Oberwagen selbst als Komponente der Bewegungseinrichtung betrachtet wird (der Schwerpunkt und die Masse des Oberwagens sind allerdings für die Frage der Kippvermeidung von Relevanz).The various components can be moved independently of one another using the different actuators and form a kinematic chain. For the following consideration, it is not relevant whether the superstructure itself is considered a component of the moving device (however, the center of gravity and the mass of the superstructure are relevant for the question of preventing overturning).

Das Arbeitsgerät umfasst eine Steuerung, welche die einzelnen Aktuatoren ansteuert und somit die Bewegung des Arbeitsgeräts steuert. Die Gesamtbewegung des Arbeitsgeräts setzt sich dabei zusammen aus den Einzelbewegungen der durch die verschiedenen Aktuatoren bewegten Komponenten. Die Steuerung ist eingerichtet, das Arbeitsgerät bzw. den Baggerarm automatisch zu bewegen. Beispielsweise ist die Steuerung in der Lage, einen autonomen Grabvorgang durchzuführen, bei dem in mehreren aufeinanderfolgenden und aufeinander abgestimmten Schritten z.B. Erdmaterial ausgegraben und an einer Abladeposition abgelegt wird.The implement includes a controller that controls the individual actuators and thus controls the movement of the implement. The overall movement of the implement is made up of the individual movements of the components moved by the various actuators. The controller is set up to move the implement or the excavator arm automatically. For example, the controller is able to carry out an autonomous excavation process in which, for example, earth material is excavated in several successive and coordinated steps and deposited at a dumping position.

Die Anzahl der beweglichen Komponenten, deren exakte Ausgestaltung sowie die Art und Anzahl der zugeordneten Aktuatoren sind hier lediglich exemplarisch dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert jedoch unabhängig von der genauen Anzahl und Ausgestaltung der Komponenten und Aktuatoren, insbesondere auch bei einer größeren Zahl von Komponenten bzw. Bewegungsfreiheitsgraden. Ebenfalls muss es sich bei dem Arbeitsprozess nicht um einen Grabvorgang und bei dem Arbeitsgerät nicht um einen Hydraulikbagger handeln.The number of moving components, their exact configuration and the type and number of associated actuators are only shown here as examples. However, the method according to the invention works independently of the exact number and design of the components and actuators, in particular also with a larger number of components or degrees of freedom of movement. Likewise, the work process does not have to be a digging process and the working device does not have to be a hydraulic excavator.

Im folgenden Abschnitt werden nun mögliche Algorithmen zum automatischen Graben unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Hydraulikbagger beschreiben. Diese umfassen unter anderem die Bestimmung der aktuellen Grabkraft, statische und dynamische Modelle des Baggers sowie Trajektoriengenerierungsverfahren zur Zeitindizierung einer Referenzbahn.Possible algorithms for automatic digging using the method according to the invention in a hydraulic excavator are now described in the following section. These include, among other things, determining the current Digging force, static and dynamic models of the excavator as well as trajectory generation methods for time indexing of a reference trajectory.

Ausgehend von einem aktuellen Geländemodell und einem Zielprofil erfolgt die Planung von notwendigen Arbeitsschritten. Das Ergebnis dieser Arbeitsplanung sind die einzelnen Arbeitsschritte, welche unter anderem die Position des Baggers, die Ortsbahnen zum Ausheben von Material und die Ortsbahnen zum Abladen des Materials (beispielsweise auf einen LKW) beinhalten.Based on a current terrain model and a target profile, the necessary work steps are planned. The result of this work planning are the individual work steps, which include, among other things, the position of the excavator, the local trains for excavating material and the local trains for unloading the material (e.g. onto a truck).

Für das automatisierte Graben werden diese einzelnen Arbeitsschritte nacheinander verkettet und mithilfe eines geeigneten Trajektoriengenerierungsverfahren zeitindiziert. Diese Referenztrajektorien können unter anderem in kartesischen Koordinaten oder in den Gelenk- bzw. Aktuatorkoordinaten geplant werden. Werden die Trajektorien in kartesischen Koordinaten geplant, erfolgt mithilfe eines geeigneten Algorithmus die Transformation in Gelenk bzw. Aktuatorkoordinaten. Die eigentliche Regelung erfolgt üblicherweise in den Koordinaten der Aktuatoren. Die Aufgabe der Aktuatorregelung ist, dass die gemessenen Zustände der Aktuatoren den Referenzzuständen mit geringen Fehlern folgen. Referenzzustände können dabei unter anderem die Position oder die Geschwindigkeit eines Aktuators sein.For the automated digging, these individual work steps are chained one after the other and time-indexed using a suitable trajectory generation method. These reference trajectories can be planned, among other things, in Cartesian coordinates or in the joint or actuator coordinates. If the trajectories are planned in Cartesian coordinates, a suitable algorithm is used to transform them into joint or actuator coordinates. The actual regulation usually takes place in the coordinates of the actuators. The task of the actuator control is that the measured states of the actuators follow the reference states with little error. Reference states can be, among other things, the position or the speed of an actuator.

Ausgehend von der Arbeitsplanung und den damit vorgegebenen Ortsbahnen erfolgt für das automatisierte Graben eine Zeitindizierung dieser Bahnen. Dabei wird zwischen drei Phasen unterschieden. Die erste Phase betrifft das eigentliche Graben, bei welchem Material mit dem Löffel bzw. Baggerlöffel aufgenommen wird (alternativ könnte ein anderes Werkzeug wie z.B. ein Zwei- oder Mehrschalengreifer zum Einsatz kommen). Die zweite Phase betrifft das Abladen des Materials, beispielsweise auf einen LKW. In der dritten Phase erfolgt die Bewegung des Baggers von der Abladestelle zur nächsten Grabposition.Based on the work planning and the local lines specified with it, a time indexing of these lines is carried out for the automated excavation. A distinction is made between three phases. The first phase concerns the actual digging, in which material is picked up with the bucket or excavator bucket (alternatively, another tool such as a clamshell or multi-shell grab could be used). The second phase concerns the unloading of the material, for example onto a truck. In the third phase, the excavator is moved from the unloading point to the next digging position.

Beim Graben im Erdreich ist es möglich, dass die Aktuatoren nicht genügend Kraft aufbringen können, um die Grabkräfte, welche an dem Werkzeug (bspw. Löffel) wirken, überwinden zu können. Ist dies der Fall, resultiert ein Stillstand der Bewegung.When digging in the ground, it is possible that the actuators cannot generate enough force to be able to overcome the digging forces acting on the tool (e.g. bucket). If this is the case, the movement comes to a standstill.

Bei einer manuellen Bewegung detektiert dies der Bediener und leitet neue Schritte ein. Für einen automatisierten Grabvorgang muss dieser Fall in der Trajektoriengenerierung mitberücksichtigt werden. Wäre dies nicht der Fall, würden deutliche Trajektorienfehler resultieren.The operator detects a manual movement and initiates new steps. For an automated digging process, this case must be taken into account in the trajectory generation. If this were not the case, significant trajectory errors would result.

Für die Berücksichtigung der Grabkräfte während des Grabvorgangs sind verschiedene Ansätze denkbar. Eine Möglichkeit ist die Berücksichtigung von den aktuellen Grabkräften in Verbindung mit der maximal möglichen Grabkraft und die Einarbeitung in die Trajektoriengenerierung. Ein konkretes Beispiel für die Bestimmung der aktuellen Grabkraft gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter unten beschrieben.Various approaches are conceivable for considering the digging forces during the digging process. One possibility is to consider the current digging forces in connection with the maximum possible digging force and to familiarize yourself with the trajectory generation. A concrete example of the actual digging force determination according to the present invention will be described below.

Für die Berechnung der maximal möglichen Grabkraft werden abhängig von der aktuellen Stellung des Baggers sowie eines statischen oder dynamischen Modells eine Kombination aus verschiedenen Druckvektoren der einzelnen Aktuatoren verwendet, um eine modellbasierte Grabkraft zu berechnen.Depending on the current position of the excavator and a static or dynamic model, a combination of different pressure vectors of the individual actuators is used to calculate the maximum possible digging force in order to calculate a model-based digging force.

Diese Matrix aus verschiedenen Kraftvektoren am Werkzeug wird anschließend projiziert. Als Projektionsvektor kann unter anderem die aktuelle Grabkraft (ggf. gefiltert), die aktuelle Geschwindigkeit (ggf. gefiltert), die Referenzrichtung oder verschiedene heuristische Vektoren verwendet werden. Zudem wird der aktuelle Grabkraftvektor auf diesen Vektor projiziert. Um Unsicherheiten im Modell mitzuberücksichtigen, wird ein Faktor eingeführt, welcher mit der projizierten maximal möglichen Grabkraft multipliziert wird.This matrix of different force vectors on the tool is then projected. The current digging force (if necessary filtered), the current speed (if necessary filtered), the reference direction or various heuristic vectors can be used as the projection vector. In addition, the current digging force vector is projected onto this vector. In order to take into account uncertainties in the model, a factor is introduced which is multiplied by the projected maximum possible digging force.

Anhand von verschiedenen Kriterien erfolgt nun eine Neuplanung der Trajektorie. Diese Kriterien können sein:

• Eine aktuelle projizierte Grabkraft überschreitet maximal mögliche projizierte Grabkraft und zusätzlich überschreitet der Trajektorienfolgefehler einen weiteren Schwellenwert;
• Der Trajektorienfolgefehler überschreitet einen Schwellenwert.

The trajectory is now replanned on the basis of various criteria. These criteria can be:

• A current projected digging force exceeds the maximum possible projected digging force and, in addition, the trajectory following error exceeds another threshold value;
• The trajectory following error exceeds a threshold.

Wird nun eines dieser Kriterien erfüllt, dann wird in einem ersten Schritt die Referenzgeschwindigkeit der Trajektorie verringert. Diese Verringerung erfolgt schrittweise abhängig von weiteren Kriterien wie beispielsweise die Überschreitung eines zeitlichen Schwellenwerts. Wird bei dieser Maßnahme eines der oben genannten Kriterien wieder unterschritten, erfolgt abhängig von Kriterien wie z.B. die Überschreitung eines zeitlichen Schwellenwerts eine erneute Erhöhung der Referenzgeschwindigkeit. Sind jedoch die oben genannten Kriterien für einen weiteren zeitlichen Schwellenwert aktiv, ist eine weitere Reduktion der Referenzgeschwindigkeit auf einen noch geringeren Wert oder auf Null geplant. Sind ggf. weitere Kriterien erfüllt, wird der Grabvorgang beendet und es erfolgt das Abladen des Materials. Dabei wird unter anderem die maximal erreichte Tiefe und/oder die Position des Werkzeugs in der Längsachse gespeichert und bei der Planung des nächsten Grabvorganges verwendet. Somit erfolgt die weitere Planung der Trajektorie adaptiv von vorherigen Grabvorgängen und den erreichten Positionen des Werkzeugs.If one of these criteria is now met, then the reference speed of the trajectory is reduced in a first step. This reduction takes place gradually depending on other criteria such as exceeding a time threshold. If one of the criteria mentioned above is not reached again during this measure, the reference speed is increased again depending on criteria such as exceeding a time threshold value. However, if the criteria mentioned above are active for a further time threshold value, a further reduction in the reference speed to an even lower value or to zero is planned. If other criteria are met, the digging process is ended and the material is unloaded. Among other things, the maximum depth reached and/or the position of the tool in the longitudinal axis is stored and used when planning the next digging process. The further planning of the trajectory is thus carried out adaptively from previous digging processes and the positions reached by the tool.

Weitere Aspekte zur Neuplanung einer Grabtrajektorie können Umwelteinflüsse sein. Dabei kann beispielsweise durch Sensorkonfigurationen das Umfeld erkannt werden und die Planung abhängig vom aktuellen Gelände erfolgen. Dies kann auch nach jedem Grabvorgang erneut durchgeführt werden. Zusätzlich können diese oder andere Sensoren während des Grabvorgangs verwendet werden, um beispielsweise die aktuelle Füllung des Löffels zu detektieren und somit eine Neuplanung der Trajektorie zu realisieren. Durch diese Neuplanung kann beispielsweise der aktuelle Grabvorgang beendet werden, wenn der Löffel die maximale Füllmenge erreicht hat.Further aspects for replanning a grave trajectory can be environmental influences. For example, the environment can be recognized by sensor configurations and planning can be carried out depending on the current terrain. This can also be done again after each digging process. In addition, these or other sensors can be used during the digging process, for example to detect the current filling of the bucket and thus to implement a new planning of the trajectory. This rescheduling can, for example, end the current digging process when the bucket has reached the maximum capacity.

Weitere Sensoren zur Bestimmung von Maschinenzuständen können unter anderem z.B. akustische Sensoren sein. Diese können durch geeignete Auswertungsmechanismen beispielsweise das Erreichen der Leistungsgrenze und somit der maximal möglichen Grabkraft signalisieren. Dabei können unter anderem maschinelle Lernverfahren angewandt werden.Additional sensors for determining machine states can include, for example, acoustic sensors. These can use suitable evaluation mechanisms to signal, for example, that the performance limit has been reached and thus the maximum possible digging force. Among other things, machine learning methods can be used.

Die geschätzte Grabkraft kann auch für eine Bewertung der Kippsicherheit verwendet werden. Dies kann zudem in den automatisierten Grabvorgang implementiert werden. Dabei kann beispielsweise bei Überschreiten eines Sicherheitsbereiches bezüglich der Kippsicherheit der automatische Grabvorgang abgebrochen und das Arbeitsgerät in einen sicheren Zustand versetzt werden. Ein sicherer Zustand kann unter anderem abhängig von der aktuellen Position und dem Grabvorgang sein und beispielsweise in ein Stoppen der kompletten Bewegung resultieren.The estimated digging force can also be used for an evaluation of the tipping safety. This can also be implemented in the automated digging process become. In this case, for example, if a safety range with regard to tipping safety is exceeded, the automatic digging process can be interrupted and the working device can be put into a safe state. A safe state can depend, among other things, on the current position and the digging process and can result in the complete movement being stopped, for example.

In der zweiten Phase erfolgt die Planung der Trajektorie von der letzten Position beim Grabvorgang zur Abladeposition. Diese kann entweder in kartesischen Koordinaten, in Gelenkkoordinaten oder in den Koordinaten der Aktuatoren erfolgen. Die finale Position zum Abladen kann dabei abhängig von äußeren Einflüssen variiert werden, wie beispielsweise die aktuelle Materialverteilung auf einem LKWIn the second phase, the trajectory is planned from the last position during the digging process to the unloading position. This can be done either in Cartesian coordinates, in joint coordinates or in the coordinates of the actuators. The final position for unloading can be varied depending on external influences, such as the current material distribution on a truck

In der dritten Phase wird die Trajektorie von der finalen Abladeposition zur nächsten Startposition geplant. Dies können beispielsweise nur die Bewegungen einzelner Aktuatoren sein (bspw. Drehwerk, Ausleger, Stiel und Löffel), eine Kombination derselben oder eine Kombination aus dem Verfahren des Baggers mit dem Verfahren der anderen Aktuatoren.In the third phase, the trajectory from the final unloading position to the next starting position is planned. This can be, for example, only the movements of individual actuators (e.g. slewing gear, boom, stick and bucket), a combination of these or a combination of the movement of the excavator with the movement of the other actuators.

Im Folgenden wird nun ein Verfahren zur Berechnung bzw. Schätzung der aktuellen Grabkraft beschrieben.A method for calculating or estimating the current digging force is now described below.

Zur Schätzung der Grabkraft wird ein modellbasiertes Drehmoment benötigt, um anhand der Differenz der gemessenen Drehmomente und der modellbasierten Drehmomente die nötigen Informationen zur Grabkraft zu erhalten. Die Berechnung des unbelasteten Drehmoments kann dabei in beliebiger Form vorliegen. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Starrkörpersystem angenommen, wofür die Berechnung der an den Gelenken anliegenden Drehmomente / Kräfte τ_m bspw. in Regressor-Form anhand der Relation $${\tau }_m=H_b\left(q,\dot{q},\ddot{q}\right)\beta$$

durchgeführt werden kann. Der Vektor β enthält Parameter wie die Masse, den Schwerpunkt und die Trägheitsmomente der Bauteile (= Bauteilinformationen), wobei diese in Linearkombinationen auftreten können. Die Matrix H beschreibt den Einfluss des Parametervektors β auf die Gelenke des Baggers in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Positionen q, Geschwindigkeiten q und Beschleunigungen q̈ der Freiheitsgrade bzw. Komponenten. Diese können beispielsweise mit an den Komponenten des Baggerauslegers angeordneten Winkelsensoren und IMUs gemessen werden.A model-based torque is required to estimate the digging force in order to obtain the necessary information on the digging force based on the difference between the measured torques and the model-based torques. The calculation of the unloaded torque can be in any form. In this exemplary embodiment, a rigid body system is assumed, for which the calculation of the torques/forces τ _m applied to the joints, for example in regressor form, is based on the relation $${\tau }_m=H_b\left(q,\dot{q},\ddot{q}\right)\beta$$

can be carried out. The vector β contains parameters such as the mass, the center of gravity and the moments of inertia of the components (= component information), whereby these can occur in linear combinations. The matrix H describes the influence of the parameter vector β on the joints of the excavator depending on the current positions q, speeds q and accelerations q̈ of the degrees of freedom or components. These can be measured, for example, with angle sensors and IMUs arranged on the components of the excavator boom.

Zur Schätzung der momentanen Grabkraft sollte ein Modell mit hoher Güte vorliegen, d.h. im unbelasteten Fall sollte näherungsweise $${\tau }_{m,\mathit{mess}}\approx {\tau }_m$$

mit dem gemessenen Drehmoment τ_m,mess gelten. Die hohe Güte des Modells ist nötig, um die Informationen zu der oder den von außen einwirkenden Kräften und somit der Grabkraft F_grab über $${\tau }_{\mathit{grab}}={\tau }_{m,\mathit{mess}}-{\tau }_m$$

berechnen zu können. Das Differenzmoment τ_grab ermöglicht unter Annahme eines Angriffspunkts die Rekonstruktion des tatsächlich angreifenden Kraftvektors bzw. des Grabkraftvektors.To estimate the momentary digging force, a model with a high quality should be available, ie in the unloaded case it should be approximate $${\tau }_{m,\mathit{mess}}\approx {\tau }_m$$

with the measured torque τ _m,mess apply. The high quality of the model is necessary in order to obtain the information on the force(s) acting from the outside and thus the digging force F _grab over $${\tau }_{\mathit{dig}}={\tau }_{m,\mathit{mess}}-{\tau }_m$$

to be able to calculate. Assuming a point of application, the differential torque τ _grab enables the reconstruction of the actually acting force vector or the digging force vector.

Das Drehmoment an einem Drehgelenk aufgrund der Grabkraft ist das Kreuzprodukt aus Positionsvektor mit der angreifenden Kraft. Somit hat nur der zum Positionsvektor orthogonale Anteil des Grabkraftvektors einen Einfluss auf das Drehmoment τ_grab. Es werden daher mindesten zwei Drehmomentmessungen zur Schätzung des Kraftvektors in der Ebene benötigt, deren Positionsvektoren nicht parallel zueinander verlaufen (ideal wären orthogonale Positionsvektoren).The torque on a swivel due to the digging force is the cross product of the position vector times the applied force. Thus, only the part of the digging force vector that is orthogonal to the position vector has an influence on the torque τ _grab . Therefore, at least two torque measurements are needed to estimate the force vector in the plane whose position vectors are not parallel to each other (orthogonal position vectors would be ideal).

Die Beziehung zwischen der angreifenden Kraft am Endeffektor F_grab und den entsprechenden Drehmomenten an den Gelenken τ_grab ist $${\tau }_{\mathit{grab}}=J^T\left(q\right)F_{\mathit{grab}},$$

mit der geometrischen Jacobimatrix J(q). Letztere ist die Jacobimatrix der Vorwärtskinematik $$p_{\mathit{TCP}}=f\left(q\right),$$

d.h. es gilt $$J\left(q\right)=\frac{\partial f\left(q\right)}{\partial q}.$$

The relationship between the force acting on the end effector F _grab and the corresponding torques on the joints τ _grab is $${\tau }_{\mathit{dig}}=J^T\left(q\right)f_{\mathit{dig}},$$

with the geometric Jacobian matrix J ( q ). The latter is the Jacobian matrix of forward kinematics $$p_{\mathit{TCP}}=f\left(q\right),$$

ie it applies $$J\left(q\right)=\frac{\partial f\left(q\right)}{\partial q}.$$

Zusammengefasst folgt mit den Gleichungen (1), (3) und (4) der Zusammenhang $$J^T\left(q\right)F_{\mathit{grab}}={\tau }_{m,\mathit{mess}}-H_b\left(q,\dot{q},\ddot{q}\right)\beta ,$$

der mit rekursiven Schätzverfahren wie einem "Recursive Least Squares"-Algorithmus oder mit Beobachtern wie einem Kalman Filter, genutzt werden kann, um die Grabkraft F_grab zu berechnen. Es sei explizit darauf hingewiesen, dass der Angriffspunkt vorliegend durch die Funktion (5) am Endeffektor bzw. TCP vordefiniert ist.In summary, the relationship follows with equations (1), (3) and (4). $$J^T\left(q\right)f_{\mathit{dig}}={\tau }_{m,\mathit{mess}}-H_b\left(q,\dot{q},\ddot{q}\right)\beta ,$$

which can be used with recursive estimation methods such as a "Recursive Least Squares" algorithm or with observers such as a Kalman filter in order to calculate the digging force F _grab . It should be explicitly pointed out that the point of attack is predefined by function (5) on the end effector or TCP.

Die durch das vorstehend beschriebene Verfahren geschätzte Grabkraft kann für mehrere Zwecke verwendet werden. Zum einen kann geprüft werden, ob die maximale Kraft des Manipulators bzw. der Bewegungseinrichtung erreicht wird (diese kann durch eine maximal von einem der Aktuatoren aufnehmbare Kraft bestimmt sein). Ist dies der Fall, kann entweder dem Bediener ein Hinweis gegeben oder im automatisierten Betrieb eine Anpassung der geplanten Trajektorie zur weiteren Ausführung des Grabprozesses durchgeführt werden. Zum anderen kann die geschätzte angreifende Kraft für eine Beurteilung der Kippsicherheit des Baggers herangezogen werden. Für ein geringes Kipprisiko muss ein ausreichendes Gegenmoment aufgrund eines Gegengewichts sichergestellt sein. Dieses muss größer sein als das Drehmoment, welches von der Dynamik der Ausrüstung und den von außen angreifenden Kräften verursacht wird.The digging force estimated by the method described above can be used for several purposes. On the one hand, it can be checked whether the maximum force of the manipulator or the movement device is reached (this can be determined by a maximum force that can be absorbed by one of the actuators). If this is the case, either a message can be given to the operator or the planned trajectory can be adapted in automated operation for further execution of the excavation process. On the other hand, the estimated applied force can be used to assess the tipping safety of the excavator. For a low risk of tipping, a sufficient counter-torque must be ensured due to a counterweight. This must be greater than the torque caused by the dynamics of the equipment and external forces.

Claims (19)

Verfahren zur Überwachung und/oder Durchführung einer Bewegung eines Arbeitsgeräts, insbesondere Baggers, wobei das Arbeitsgerät folgendes umfasst: - eine Bewegungseinrichtung mit einem Werkzeug zum Aufnehmen von Material, welche mindestens zwei jeweils über mindestens einen Aktuator bewegbare Komponenten umfasst, und - eine Steuerung, mittels welcher die Aktuatoren steuerbar und/oder regelbar sind, gekennzeichnet durch die Schritte: 1) Erfassen von Zustandsinformationen betreffend wenigstens eine aktuelle Position und/oder aktuelle Geschwindigkeit und/oder aktuelle Beschleunigung von mindestens zwei Komponenten, 2) Berechnen von Drehmomenten, welche aufgrund einer aktuellen Arbeitsgerätkonfiguration an Komponenten angreifen, unter Berücksichtigung der erfassten Zustandsinformationen und unter Berücksichtigung von Bauteilinformationen der Komponenten, 3) Erfassen von an Komponenten tatsächlich angreifenden Drehmomenten, 4) Vergleichen der berechneten und der erfassten Drehmomente und Ermitteln eines an einem definierten Angriffspunkt des Arbeitsgeräts tatsächlich angreifenden Kraftvektors anhand des genannten Vergleichs, und 5) Ausführen einer Aktion in Abhängigkeit des berechneten Kraftvektors. Method for monitoring and/or performing a movement of a working device, in particular an excavator, the working device comprising the following: - a movement device with a tool for picking up material, which comprises at least two components that can each be moved via at least one actuator, and - a controller by means of which the actuators can be controlled and/or regulated, characterized by the steps: 1) detecting status information relating to at least one current position and/or current speed and/or current acceleration of at least two components, 2) Calculation of torques, which act on components due to a current working device configuration, taking into account the detected status information and taking into account component information of the components, 3) Recording of torques actually acting on components, 4) Comparing the calculated and the detected torques and determining a force vector actually acting at a defined point of application of the working device on the basis of said comparison, and 5) Execute an action depending on the calculated force vector. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bauteilinformationen eine Masse, ein Trägheitsmoment und/oder einen Schwerpunkt der Komponenten betreffen, wobei die Bauteilinformationen vorzugsweise auf einem Speicher des Arbeitsgeräts oder einer mit der Steuerung insbesondere drahtlos in kommunikativer Verbindung stehenden externen Rechnereinheit gespeichert sind und/oder durch ein Modellierungsmittel der Steuerung anhand eines statischen oder dynamischen Modells des Arbeitsgeräts generiert werden.The method according to claim 1, wherein the component information relates to a mass, a moment of inertia and/or a center of gravity of the components, the component information preferably being stored in a memory of the implement or an external computer unit in communication with the controller, in particular wirelessly, and/or by a modeling means of the control can be generated using a static or dynamic model of the implement. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der definierte Angriffspunkt am Werkzeug, insbesondere an einem Endeffektor der Bewegungseinrichtung, liegt und vorzugsweise festlegbar ist.Method according to Claim 1 or 2, in which the defined point of application lies on the tool, in particular on an end effector of the movement device, and can preferably be fixed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die berechneten und die erfassten Drehmomente jeweils auf dieselben Referenzpunkte der Bewegungseinrichtung bezogen sind, wobei es sich bei den Referenzpunkten vorzugsweise um Gelenke handelt, über die die Komponenten miteinander drehbar verbunden sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the calculated and the detected torques are each related to the same reference points of the movement device, the reference points preferably being joints via which the components are rotatably connected to one another. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Referenzpunkte ausgehend von einem Gelenk einer Komponente an einem Oberwagen des Arbeitsgeräts Positionsvektoren definieren, welche bei der Erfassung der Drehmomente nicht parallel zueinander stehen.Method according to the preceding claim, wherein the reference points, starting from a joint of a component on an upper structure of the implement, define position vectors which are not parallel to one another when the torques are detected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zustandsinformationen mittels an der Bewegungseinrichtung angeordneter Sensoren erfasst werden, wobei das Arbeitsgerät vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Sensoren aufweist: - mindestens einen Drucksensor zur Messung eines an einem Aktuator anliegenden Hydraulikdrucks, - mindestens einen Drehmomentgeber, - mindestens einen Winkelsensor zur Messung eines aktuellen Winkels einer Komponente, - mindestens einen Positionssensor, insbesondere GPS-Modul, zur Messung einer aktuellen Position einer Komponente, - mindestens einen Inertialsensor, insbesondere inertiale Messeinheit, zur Messung einer aktuellen Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung einer Komponente, - mindestens einen Sensor zur Erfassung eines aktuellen Füllstands und/oder Füllgewichts des Werkzeugs, - mindestens einen akustischen Sensor zur Erfassung eines Geräuschs des Arbeitsgeräts während des Betriebs, dessen Signale vorzugsweise mittels eines Analysemittels ausgewertet werden, um auf einen aktuellen Betriebszustand des Arbeitsgeräts zu schließen. Method according to one of the preceding claims, wherein the status information is recorded by means of sensors arranged on the movement device, wherein the working device preferably has one or more of the following sensors: - at least one pressure sensor for measuring a hydraulic pressure applied to an actuator, - at least one torque sensor, - at least one angle sensor for measuring a current angle of a component, - at least one position sensor, in particular a GPS module, for measuring a current position of a component, - at least one inertial sensor, in particular an inertial measuring unit, for measuring a current speed and/or acceleration of a component, - at least one sensor for detecting a current filling level and/or filling weight of the tool, - At least one acoustic sensor for detecting a noise of the implement during operation, the signals are preferably evaluated by means of an analysis means to infer a current operating state of the implement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftvektor mittels eines rekursiven Verfahrens ermittelt und/oder mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the force vector is determined using a recursive method and/or is multiplied by a weighting factor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktion das insbesondere optische und/oder akustische Ausgeben einer Warnung umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the action comprises the optical and/or acoustic output of a warning. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den Aktuator derart automatisch anzusteuern, dass sich das Werkzeug entlang einer Trajektorie bewegt, wobei die Aktion vorzugsweise eine Änderung der Trajektorie und/oder ein Eingreifen in die automatische Bewegung entlang der Trajektorie umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the controller is set up to automatically control the actuator in such a way that the tool moves along a trajectory, the action preferably comprising a change in the trajectory and/or an intervention in the automatic movement along the trajectory. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Kraftvektor mit mindestens einem Vergleichskraftvektor verglichen und auf Grundlage des genannten Vergleichs die Aktion ausgeführt wird, wobei der mindestens eine Vergleichskraftvektor vorzugsweise einer maximal möglichen Kraft entspricht.Method according to one of the preceding claims, wherein the determined force vector is compared with at least one comparison force vector and The action is carried out on the basis of said comparison, with the at least one comparison force vector preferably corresponding to a maximum possible force. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens ein anhand eines maximal möglichen Drucks an einem Aktuator berechneter Kraftvektor auf einen Referenzvektor projiziert wird, um den Vergleichskraftvektor zu erhalten, wobei es sich bei dem Referenzvektor vorzugsweise um den ermittelten Kraftvektor, einen eine von der Bewegungseinrichtung abgefahrene Trajektorie repräsentierenden Geschwindigkeitsvektor oder einen definierbaren Vektor handelt.Method according to the preceding claim, wherein at least one force vector calculated on the basis of a maximum possible pressure on an actuator is projected onto a reference vector in order to obtain the comparison force vector, the reference vector preferably being the determined force vector, a trajectory traversed by the movement device representing velocity vector or a definable vector. Verfahren nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Aktion ausgeführt wird, wenn der Betrag des ermittelten Kraftvektors den Betrag des Vergleichskraftvektors überschreitet und/oder ein Trajektorienfolgefehler einen vorzugsweise festlegbaren Grenzwert überschreitet.Method according to Claim 9 and one of Claims 10 to 11, the action being carried out if the amount of the determined force vector exceeds the amount of the comparison force vector and/or a trajectory following error exceeds a preferably definable limit value. Verfahren nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Trajektorie mit einer Referenzgeschwindigkeit abgefahren wird, wobei Aktion eine Reduktion der Referenzgeschwindigkeit umfasst.Method according to Claim 9 and one of Claims 10 to 12, in which the trajectory is traversed at a reference speed, the action comprising a reduction in the reference speed. Verfahren nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Aktion ein Beendigen der automatischen Bewegung entlang der Trajektorie umfasst, wobei vorzugsweise eine bisher erreichte Position des Werkzeugs, insbesondere eine maximale Tiefe und/oder Abstand von einem Oberwagen des Arbeitsgeräts, erfasst und in der Steuerung gespeichert wird, wobei weiter vorzugsweise bei einem Fortsetzen der Trajektorie diese ausgehend von der gespeicherten Position geplant und/oder durchgeführt wird.Method according to Claim 9 and one of Claims 10 to 13, the action comprising ending the automatic movement along the trajectory, with a previously reached position of the tool, in particular a maximum depth and/or distance from an upper carriage of the implement, being recorded and is stored in the controller, wherein further preferably when the trajectory is continued, this is planned and/or carried out starting from the stored position. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf Grundlage des ermittelten Kraftvektors und einer aktuellen Stellung des Arbeitsgeräts auf einen das Kippverhalten des Arbeitsgeräts repräsentierenden Parameter geschlossen wird, wobei vorzugsweise die Aktion durchgeführt wird, wenn der Parameter einen Grenzwert über- oder unterschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein a parameter representing the tilting behavior of the implement is inferred on the basis of the determined force vector and a current position of the implement, the action preferably being carried out if the parameter exceeds or falls below a limit value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Bewegungseinrichtung um einen Baggerausleger handelt, wobei eine erste Komponente ein mit einem Oberwagen des Arbeitsgeräts gelenkig verbundener Ausleger und eine zweite Komponente ein gelenkig mit der ersten Komponente verbundener Stiel ist, wobei vorzugsweise eine dritte Komponente der Bewegungseinrichtung das Werkzeug ist, welches gelenkig mit dem Stil oder mit einer weiteren Komponente verbunden ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the moving device is an excavator boom, a first component being a boom articulated to an upper structure of the implement and a second component being a stick articulated to the first component, preferably a third component the movement device is the tool which is hinged to the handle or to another component. Arbeitsgerät, insbesondere Bagger, umfassend eine Bewegungseinrichtung mit einem Werkzeug zum Aufnehmen von Material, welche mindestens zwei jeweils über mindestens einen Aktuator bewegbare Komponenten umfasst, eine Steuerung, mittels welcher die Aktuatoren steuerbar und/oder regelbar sind, wobei das Arbeitsgerät ausgelegt ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Working device, in particular an excavator, comprising a movement device with a tool for picking up material, which comprises at least two components that can each be moved via at least one actuator, a controller by means of which the actuators can be controlled and/or regulated, the working device being designed, the method to be carried out according to one of the preceding claims. Arbeitsgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend einen auf einem fahrbaren Unterwagen drehbar gelagerten Oberwagen, wobei es sich bei der Bewegungseinrichtung um einen Baggerausleger handelt, wobei eine erste Komponente ein mit dem Oberwagen gelenkig verbundener Ausleger und eine zweite Komponente ein gelenkig mit der ersten Komponente verbundener Stiel ist, wobei vorzugsweise eine dritte Komponente der Bewegungseinrichtung das Werkzeug ist, welches gelenkig mit dem Stil oder mit einer weiteren Komponente verbunden ist.Working device according to the preceding claim, comprising an upper carriage rotatably mounted on a mobile undercarriage, the movement device being an excavator boom, a first component being a boom articulated to the superstructure and a second component being a stick articulated to the first component is, wherein preferably a third component of the moving device is the tool, which is pivotally connected to the handle or to another component. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms bewirken, dass das Arbeitsgerät nach Anspruch 17 oder 18 die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausführt.A computer program product comprising instructions which, upon execution of the program, cause the implement of claim 17 or 18 to perform the steps of the method of any one of claims 1 to 16.