DE112015000101B4

DE112015000101B4 - Arbeitsmaschinensteuervorrichtung, Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschinensteuerverfahren

Info

Publication number: DE112015000101B4
Application number: DE112015000101.8T
Authority: DE
Inventors: Toru Matsuyama; Masashi Ichihara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2035-09-26
Also published as: US9834905B2; KR20170037807A; CN105518222B; DE112015000101T5; KR101737389B1; CN105518222A; US20170089033A1; WO2016035898A1; JPWO2016035898A1; JP5947477B1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät mit einem Ausleger, einem Arm und einem Löffel umfasst, weist folgendes auf: Erfassen von Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform; Bestimmen einer Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten; Berechnen einer Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag; Berechnen eines Korrekturbetrags der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstands zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform; Begrenzen des Korrekturbetrags basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform; und Ausgeben eines Befehls zum Antreiben eines Auslegerzylinders, der den Ausleger basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit antreibt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschinensteuervorrichtung, eine Arbeitsmaschine und ein Arbeitsmaschinensteuerungsverfahren.
Hintergrund
Wie in der Patentliteratur 1 offenbart, ist auf dem einschlägigen Fachgebiet einer Arbeitsmaschine, wie ein Bagger, eine Arbeitsmaschine bekannt, die ein Arbeitsgerät steuert, so dass sich eine Schneidspitze eines Löffels entlang einer Zielgrabgeländeform (Konstruktionsfläche), die eine Zielform eines Grabungsziels angibt, bewegt.
In der Beschreibung wird eine Steuerung, die bewirkt, dass sich die Schneidspitze des Löffels des Arbeitsgeräts entlang der Zielgrabgeländeform bewegt, als eine Niveauregelungssteuerung bezeichnet. In der Niveauregelungssteuerung wird eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels aus einem Abstand zwischen der Zielgrabgeländeform und der aktuellen Schneidspitzenposition des Löffels bestimmt, und die bestimmte Schneidspitzenzielgeschwindigkeit wird zu der Schneidspitzengeschwindigkeit addiert und wirkt der Schneidspitzengeschwindigkeit des Löffels als Reaktion auf mindestens eines von Armbedienbetrag und Löffelbedienbetrag durch den Maschinenführer entgegen. Dann wird eine Auslegerzielgeschwindigkeit aus dem addierten Wert berechnet. Weiterhin wird die Auslegerzielgeschwindigkeit unter Verwendung eines Korrekturbetrags korrigiert (durch Integration kompensiert), der durch die Integration in der Zeit des Abstands zwischen der Zielgrabgeländeform und der vergangenen Schneidspitzenposition des Löffels erhalten wird, und der Auslegerzylinder wird auf der Basis der durch Integration kompensierten Auslegerzielgeschwindigkeit gesteuert. In der Niveauregelungssteuerung unter Verwendung der Kompensation durch Integration wird der Auslegerzylinder gesteuert, so dass der Ausleger angehoben wird, wenn die Schneidspitze des Löffels die Zielgrabgeländeform gräbt.
Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: WO 2014/167718 A Kurzdarstellung
Technisches Problem
Im Bagger existiert ein Zeitverzug in der Reaktionsfähigkeit eines Hydraulikzylinder mit Bezug zu einem Steuersignal zur Steuerung des Hydraulikzylinders auf Grund eines Verzug in der Reaktionsfähigkeit von hydraulischem Druck oder durch Hysterese, die erzeugt wird, wenn eine hydraulische Antriebseinheit angetrieben wird. Insbesondere tritt ein Verzug in der Reaktionsfähigkeit des Hydraulikzylinders dann merklich auf, wenn der Hydraulikzylinder von einem Beschleunigungszustand zu einem Entschleunigungszustand betrieben wird. Aus diesem Grund tritt, wenn das Verhältnis des Korrekturbetrags unter Verwendung der Kompensation durch Integration groß ist, Überkompensation auf. Als Ergebnis tritt ein Phänomen auf, wobei die Schneidspitze des Löffels sehr weit von der Zielgrabgeländeform getrennt ist.
Zum Beispiel ist in einem Fall, in dem der Ausleger durch die Niveauregelungssteuerung angehoben wird, in dem die Schneidspitze des Löffels zur Zielgrabgeländeform aus dem Zustand zurückkehrt, in dem die Schneidspitze des Löffels die Zielgrabgeländeform gräbt, wenn die Zeit, in der die Schneidspitze des Löffels über die Zielgrabgeländeform hinausfährt, lang ist, der Korrekturbetrag sehr groß, wenn die Schneidspitze des Löffels zur Zielgrabgeländeform zurückkehrt. Somit wird, wenn der Ausleger aus einem Beschleunigungszustand zu einem Entschleunigungszustand betrieben wird, die Auslegerzielgeschwindigkeit nicht vermindert, und der Ausleger wird übermäßig stark angehoben. Demgemäß tritt ein Phänomen auf, in dem die Schneidspitze des Löffels übermäßig stark aus der Zielgrabgeländeform angehoben wird. Als Ergebnis wird ein Teil, der nicht durch das Arbeitsgerät ausgegraben wird, erzeugt, und daher wird der Niveauregelungsbetrieb in einen Zustand durchgeführt, der von der Zielgrabgeländeform verschieden ist.
Ein Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung einer Arbeitsmaschinensteuervorrichtung, einer Arbeitsmaschine und eines Arbeitsmaschinensteuerungsverfahrens, das in der Lage ist, die Herabsetzung in der Grabungsgenauigkeit dadurch zu unterdrücken, dass verhindert wird, dass die Schneidspitze angehoben wird, bis die Schneidspitze des Löffels zur Zielgrabgeländeform von dem Zustand aus zurückkehrt, wo die Schneidspitze die Zielgrabgeländeform in der Niveauregelungssteuerung gräbt.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Arbeitsmaschinensteuervorrichtung für eine Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät mit einem Ausleger, einem Arm und einem Löffel umfasst, folgendes auf: eine Abstandserfassungseinheit, die Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform erfasst; eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit, die eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten bestimmt; eine Bedienbetragserfassungseinheit, die einen Bedienbetrag für die Bedienung des Arbeitsgeräts erfasst; eine Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit berechnet, und mindestens eines von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag, die durch die Bedienbetragserfassungseinheit erfasst werden; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit, die einen Korrekturbetrag der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform berechnet; eine Korrekturbetragsbegrenzungseinheit, die den Korrekturbetrag basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform begrenzt; und eine Arbeitsgerät-Steuereinheit, die einen Befehl zum Antreiben des Auslegerzylinders basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit ausgibt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Arbeitsmaschine folgendes auf: ein Arbeitsgerät, das einen Ausleger, einen Arm, und einen Löffel aufweist; einen Auslegerzylinder, der den Ausleger antreibt; einen Armzylinder, der den Arm antreibt; einen Löffelzylinder, der den Löffel antreibt; einen oberen Schwenkkörper, der das Arbeitsgerät trägt; einen fahrenden unteren Fahrköper, der den oberen Schwenkkörper trägt; und eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung eine Abstandserfassungseinheit aufweist, die Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform erfasst, eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit, die eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten bestimmt, eine Bedienbetragserfassungseinheit, die einen Bedienbetrag für die Bedienung des Arbeitsgeräts erfasst, eine Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit berechnet, und mindestens eines von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag, die durch die Bedienbetragserfassungseinheit erfasst werden, eine Korrekturbetragsberechnungseinheit, die einen Korrekturbetrag der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform berechnet, eine Korrekturbetragsbegrenzungseinheit, die den Korrekturbetrag basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform begrenzt, und eine Arbeitsgerät-Steuereinheit, die einen Befehl zum Antreiben des Auslegerzylinders basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit ausgibt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät mit einem Ausleger, einem Arm und einem Löffel umfasst, folgendes auf: Erfassen von Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform; Bestimmen einer Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten; Berechnen einer Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag; Berechnen eines Korrekturbetrags der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform; Begrenzen des Korrekturbetrags basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform; und Ausgeben eines Befehls zum Antreiben eines Auslegerzylinders, der den Ausleger basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit antreibt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß dem Aspekt der Erfindung, ist es möglich, eine Arbeitsmaschinensteuervorrichtung, eine Arbeitsmaschine, und ein Arbeitsmaschinensteuerungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, in der Niveauregelungssteuerung die Herabsetzung in der Grabungsgenauigkeit durch Verhindern zu unterdrücken, dass die Schneidspitze angehoben wird, bis die Schneidspitze des Löffels zur Zielgrabgeländeform von dem Zustand zurückkehrt, wo die Schneidspitze die Zielgrabgeländeform ausgräbt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht und erläutert ein Beispiel eines Baggers gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Seitenansicht und erläutert ein Beispiel des Baggers gemäß der Ausführungsform.
3 ist eine schematische Ansicht von hinten und erläutert ein Beispiel des Baggers gemäß der Ausführungsform.
4 ist eine schematische Ansicht und erläutert eine Niveauregelungssteuerung gemäß der Ausführungsform.
5 ist eine schematische Ansicht und erläutert ein Beispiel eines Hydrauliksystems gemäß der Ausführungsform.
6 ist eine schematische Ansicht und erläutert ein Beispiel des Hydrauliksystems gemäß der Ausführungsform.
7 ist ein funktionelles Blockdiagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuersystems gemäß der Ausführungsform.
8 ist eine schematische Ansicht und erläutert ein Verfahren einer Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit gemäß der Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm und erläutert eine Beziehung zwischen einem Abstand und einer Schneidspitzenzielgeschwindigkeit gemäß der Ausführungsform.
10 ist ein Ablaufdiagramm und erläutert ein Beispiel eines Baggersteuerungsverfahrens gemäß der Ausführungsform.
11 ist ein Steuerungsblockdiagramm und erläutert ein Beispiel des Steuersystems gemäß der Ausführungsform.
12 ist ein Diagramm und erläutert einen Zustand, in dem sich ein Abstand und ein Korrekturbetrag in einem Vergleichsbeispiel ändern.
13 ist ein Diagramm und erläutert einen Zustand, in dem sich ein Zustand und ein Korrekturbetrag gemäß der Ausführungsform ändern.
14 ist ein Diagramm und erläutert eine Beziehung zwischen einem Abweichungsbetrag und einen Detektierwert eines Drucksensors gemäß der Ausführungsform.
15 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel einer Bedienvorrichtung gemäß der Ausführungsform. Beschreibung von Ausführungsformen

Hier werden im Folgenden Ausführungsformen gemäß der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Die im Folgenden zu beschreibenden Komponenten der Ausführungsformen können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden. Weiterhin existiert ein Fall, wobei ein Teil der Komponenten nicht verwendet wird.
[Arbeitsmaschine]
1 ist eine perspektivische Ansicht und erläutert ein Beispiel einer Arbeitsmaschine 100 gemäß einer Ausführungsform. In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Arbeitsmaschine 100 ein Bagger ist. In der Beschreibung, die folgt, wird die Arbeitsmaschine 100 entsprechend als Bagger 100 bezeichnet.
Wie in 1, weist der Bagger 100 folgendes auf: ein Arbeitsgerät 1, das durch einen hydraulischen Druck betrieben wird, einen Fahrzeugkörper 2, der das Arbeitsgerät 1 trägt, eine Fahrvorrichtung 3, die den Fahrzeugkörper 2 trägt, eine Bedienvorrichtung 40, die zum Bedienen des Arbeitsgeräts 1 verwendet wird, und eine Steuervorrichtung 50, die das Arbeitsgerät 1 steuert. Der Fahrzeugkörper 2 ist zum Schwenken um eine Schwenkachse RX in der Lage, während er von der Fahrvorrichtung 3 getragen wird. Der Fahrzeugkörper 2 ist auf der Fahrvorrichtung 3 angeordnet. In der Beschreibung, die folgt, wird der Fahrzeugkörper 2 entsprechend als oberer Schwenkkörper 2 bezeichnet, und die Fahrvorrichtung 3 wird entsprechend als unterer Fahrköper 3 bezeichnet.
Der obere Schwenkkörper 2 weist ein Fahrerhaus 4, das von einem Maschinenführer besetzt wird, einen Maschinenraum 5, der einen Motor oder eine Hydraulikpumpe aufnimmt, und einen Handlauf 6 auf. Das Fahrerhaus 4 weist einen Fahrersitz 4S auf, auf dem der Maschinenführer sitzt. Der Maschinenraum 5 ist hinter dem Fahrerhaus 4 angeordnet. Der Handlauf 6 ist vor dem Maschinenraum 5 angeordnet.
Der untere Fahrköper 3 weist ein Paar von Raupenketten 7 auf. Durch die Drehung der Raupenketten 7 bewegt sich der Bagger 100 fort. Zudem kann der untere Fahrköper 3 Fahrzeugräder (Reifen) sein.
Das Arbeitsgerät 1 wird durch den oberen Schwenkkörper 2 abgestützt. Das Arbeitsgerät 1 weist einen Löffel 11 mit einer Schneidspitze 10, einen mit der Löffel 11 verbundenen Arm 12 und einen mit dem Arm 12 verbundenen Ausleger 13 auf. Die Schneidspitze 10 des Löffels 11 kann eine in dem Löffel 11 vorgesehene vorstehende Schneidspitze sein. Die Schneidspitze 10 des Löffels 11 kann eine in dem Löffel 11 vorgesehene gerade Schneidspitze sein.
Der Löffel 11 und der Arm 12 sind miteinander über einen Löffelbolzen verbunden. Der Löffel 11 wird von dem Arm 12 getragen, so dass er um die Rotationsachse AX1 drehbar ist. Der Arm 12 und der Ausleger 13 sind miteinander über einen Armbolzen verbunden. Der Arm 12 wird durch den Ausleger 13 getragen, so dass er um die Rotationsachse AX2 drehbar ist. Der Ausleger 13 und der obere Schwenkkörper 2 sind miteinander über einen Auslegerbolzen verbunden. Der Ausleger 13 wird durch den Fahrzeugkörper 2 getragen, so dass er um die Rotationsachse AX3 drehbar ist.
Die Rotationsachse AX1, die Rotationsachse AX2, und die Rotationsachse AX3 sind parallel zueinander. Die Drehachsen AX1, AX2, und AX3 sind senkrecht zu einer zur Schwenkachse RX parallelen Achse. In der Beschreibung, die folgt, wird die axiale Richtung von jeder der Drehachsen AX1, AX2 und AX3 entsprechend als Fahrzeugbreiterichtung des oberen Schwenkkörpers 2 bezeichnet, und die Richtung senkrecht zu den Drehachsen AX1, AX2, und AX3 und der Schwenkachse RX wird entsprechend als Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 bezeichnet. Eine Richtung, in der das Arbeitsgerät 1 bezogen auf den Maschinenführer, der auf dem Fahrersitz 4S sitzt, vorhanden ist, wird als Frontrichtung bezeichnet.
Zudem kann der Löffel 11 ein Kipplöffel sein. Der Kipplöffel ist ein Löffel, der in der Lage ist, durch das Bedienen des Löffelkippzylinders in Fahrzeugbreiterichtung gekippt zu werden. Wenn der Bagger 100 auf einem Hang betrieben wird, ist es möglich, einen Hang oder einen ebenen Boden durch Kippen des Löffels 11 in Fahrzeugbreiterichtung frei zu formen und zu nivellieren.
Die Bedienvorrichtung 40 ist im Fahrerhaus 4 angeordnet. Die Bedienvorrichtung 40 weist ein Bedienelement auf, das durch den Maschinenführer des Baggers 100 bedient wird. Das Bedienelement weist einen Schalthebel oder eine Steuerkeule auf. Durch das Bedienen des Bedienelements wird das Arbeitsgerät 1 bedient.
Die Steuervorrichtung 50 weist eine Computeranlage auf. Die Steuervorrichtung 50 weist einen Prozessor wie eine CPU (Central Processing Unit), eine Speichervorrichtung wie einen ROM (Read Only Memory) oder RAM (Random Access Memory) und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelleneinrichtung auf.
2 ist eine schematische Seitenansicht und erläutert den Bagger 100 gemäß der Ausführungsform. 3 ist eine schematische Ansicht von hinten und erläutert den Bagger 100 gemäß der Ausführungsform.
Wie in 1 und 2 erläutert, weit der Bagger 100 einen Hydraulikzylinder 20 auf, der das Arbeitsgerät 1 antreibt. Der Hydraulikzylinder 20 wird durch hydraulisches Öl angetrieben. Der Hydraulikzylinder 20 weist einen Löffelzylinder 21, der den Löffel 11 antreibt, einen Armzylinder 22, der den Arm 12 antreibt, und einen Auslegerzylinder 23, der den Ausleger 13 antreibt, auf.
Wie in 2 erläutert, weist der Bagger 100 einen in dem Löffelzylinder 21 angeordneten Löffelzylinder-Hubsensor 14, einen in dem Armzylinder 22 angeordneten Armzylinder-Hubsensor 15, und einen in dem Auslegerzylinder 23 angeordneten Auslegerzylinder-Hubsensor 16 auf. Der Löffelzylinder-Hubsensor 14 detektiert die Löffelzylinderlänge als Hublänge des Löffelzylinders 21. Der Armzylinder-Hubsensor 15 detektiert die Armzylinderlänge als Hublänge des Armzylinders 22. Der Auslegerzylinder-Hubsensor 16 detektiert die Auslegerzylinderlänge als Hublänge des Auslegerzylinders 23.
Wie in 2 und 3 erläutert, weist der Bagger 100 einen Positionsdetektor 30 auf, der die Position des oberen Schwenkkörpers 2 detektiert. Der Positionsdetektor 30 weist folgendes auf: einen Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31, der die durch ein Globalkoordinatensystem definierte Position des oberen Schwenkkörpers 2 detektiert, einen Stellungsdetektor 32, der die Stellung des oberen Schwenkkörpers 2 detektiert, und einen Richtungsdetektor 33, der die Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 detektiert.
Das Globalkoordinatensystem (XgYgZg-Koordinatensystem) ist ein Koordinatensystem, das eine durch ein GPS (Global Positioning System) definierte absolute Position angibt. Das lokale Koordinatensystem (XYZ-Koordinatensystem) ist ein Koordinatensystem, das eine relative Position basierend auf der Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 des Baggers 100 angibt. Die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 wird beispielsweise auf der Schwenkachse RX des oberen Schwenkkörpers 2 eingestellt. Zudem kann die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 auf der Rotationsachse AX3 eingestellt werden. Durch den Positionsdetektor 30 werden die durch das Globalkoordinatensystem definierte dreidimensionale Position des oberen Schwenkkörpers 2, der Neigungswinkel des oberen Schwenkkörpers 2 mit Bezug auf die horizontale Ebene und die Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 mit Bezug auf die Referenzrichtung nachgewiesen.
Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 weist einen GPS-Empfänger auf. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die durch das Globalkoordinatensystem definierte dreidimensionale Position des oberen Schwenkkörpers 2. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die Xg-Richtungsposition, die Yg-Richtungsposition und die Zg-Richtungsposition des oberen Schwenkkörpers 2.
Der obere Schwenkkörper 2 ist mit einer Vielzahl von GPS-Antennen 31A bereitgestellt. Die GPS-Antennen 31A sind im Handlauf 6 des oberen Schwenkkörpers 2 vorgesehen. Zudem kann die GPS-Antenne 31A auf dem hinter dem Maschinenraum 5 angeordneten Gegengewicht angeordnet sein. Die GPS-Antennen 31A empfangen Radiowellen von einem GPS-Satelliten und geben Signale basierend auf den empfangenen Radiowellen an den Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 aus. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die Einbaustellungen P1 der durch das globale Koordinatensystem definierten GPS-Antennen 31A basierend auf den von den GPS-Antennen 31A gelieferten Signalen. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die absolute Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2 basierend auf den Einbaustellungen P1 der GPS-Antennen 31A.
Es sind zwei GPS-Antennen 31A in Fahrzeugbreiterichtung vorgesehen. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die Einbaustellung P1a von einer GPS-Antenne 31A und die Einbaustellung P1b der anderen GPS-Antenne 31A. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31A detektiert die absolute Position Pg und die Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 durch die Durchführung eines Rechenprozesses basierend auf der Einbaustellung P1a und der Einbaustellung P1b. In der Ausführungsform ist die absolute Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2 die Einbaustellung P1a. Zudem kann die absolute Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2 auch die Einbaustellung P1b sein.
Der Stellungsdetektor 32 weist eine IMU (Inertialmesseinheit) auf. Der Stellungsdetektor 32 ist im oberen Schwenkkörper 2 vorgesehen. Der Stellungsdetektor 32 ist im unteren Teil des Fahrerhauses 4 angeordnet. Der Stellungsdetektor 32 detektiert den Neigungswinkel des oberen Schwenkkörpers 2 mit Bezug auf die horizontale Ebene (XgYg-Ebene). Der Neigungswinkel des oberen Schwenkkörpers 2 umfasst bezogen auf die horizontale Ebene den Neigungswinkel θa des oberen Schwenkkörpers 2 in Fahrzeugbreiterichtung und den Neigungswinkel θb des oberen Schwenkkörpers 2 in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung.
Der Richtungsdetektor 33 hat eine Funktion des Nachweisens der Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 in Referenzrichtung, die durch das Globalkoordinatensystem basierend auf der Einbaustellung P1a von einer GPS-Antenne 31A und der Einbaustellung P1b der anderen GPS-Antenne 31A definiert ist. Die Referenzrichtung gibt beispielsweise Norden an. Der Richtungsdetektor 33 detektiert die Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 mit Bezug auf die Referenzrichtung durch die Durchführung eines Rechenprozesses basierend auf der Einbaustellung P1a und der Einbaustellung P1b. Der Richtungsdetektor 33 berechnet eine Linie, die die Einbaustellung P1a und die Einbaustellung P1b verbindet, und detektiert die Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 mit Bezug auf die Referenzrichtung basierend auf dem zwischen der berechneten Linie und der Referenzrichtung gebildeten Winkel .
Zudem kann der Richtungsdetektor 33 getrennt von Positionsdetektor 30 vorliegen. Der Richtungsdetektor 33 kann die Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 unter Verwendung eines Magnetsensors detektieren.
Der Bagger 100 weist einen Schneidspitzenpositionsdetektor 34 auf, der die relative Position der Schneidspitze 10 mit Bezug auf die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 detektiert.
In der Ausführungsform berechnet der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 die relative Position der Schneidspitze 10 mit Bezug auf die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 basierend auf dem Detektionsergebnis des Löffelzylinder-Hubsensors 14, dem Detektionsergebnis des Armzylinder-Hubsensors 15, dem Detektionsergebnis des Auslegerzylinder-Hubsensors 16, der Länge L11 des Löffels 11, der Länge L12 des Arms 12, und der Länge L13 des Auslegers 13.
Der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 berechnet den Neigungswinkel θ11 der Schneidspitze 10 des Löffels 11 mit Bezug auf den Arm 12 basierend auf der durch den Löffelzylinder-Hubsensor 14 nachgewiesenen Löffelzylinderlänge. Der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 detektiert den Neigungswinkel θ12 des Arms 12 mit Bezug auf den Ausleger 13 basierend auf der durch den Armzylinder-Hubsensor 15 nachgewiesenen Armzylinderlänge. Der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 berechnet den Neigungswinkel θ13 des Auslegers 13 mit Bezug auf die Z-Achse des oberen Schwenkkörpers 2 basierend auf der durch den Auslegerzylinder-Hubsensor 16 nachgewiesenen Auslegerzylinderlänge.
Die Länge L11 des Löffels 11 ist ein Abstand zwischen der Schneidspitze 10 des Löffels 11 und der Rotationsachse AX1 (dem Löffelbolzen). Die Länge L12 des Arms 12 ist ein Abstand zwischen der Rotationsachse AX1 (Löffelbolzen) und der Rotationsachse AX2 (Armbolzen). Die Länge L13 des Auslegers 13 ist ein Abstand zwischen der Rotationsachse AX2 (Armbolzen) und der Rotationsachse AX3 (Auslegerbolzen).
Der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 berechnet die relative Position der Schneidspitze 10 mit Bezug auf die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 basierend auf dem Neigungswinkel θ11, dem Neigungswinkel θ12, dem Neigungswinkel θ13, der Länge L11, der Länge L12, und der Länge L13.
Weiterhin berechnet der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 die absolute Position Pb der Schneidspitze 10 basierend auf der durch den Positionsdetektor 30 nachgewiesenen absoluten Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2 und der relativen Position zwischen der Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 und der Schneidspitze 10. Die relative Position zwischen der absoluten Position Pg und der Referenzposition Ps sind vorgegebene Daten, die sich aus den Beschreibungsdaten des Baggers 100 ableiten. Somit kann der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 die absolute Position Pb der Schneidspitze 10 basierend auf der absoluten Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2, der relativen Position zwischen der Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 und der Schneidspitze 10 und den Beschreibungsdaten des Baggers 100 berechnen.
Zudem kann der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 einen Winkelsensor wie ein Potentiometer und einen Winkelmesser aufweisen. Der Winkelsensor kann verwendet werden, um den Neigungswinkel θ11 des Löffels 11, den Neigungswinkel θ12 des Arms 12, und den Neigungswinkel θ13 des Auslegers 13 nachzuweisen.
[Niveauregelungssteuerung]
4 ist eine schematische Ansicht und erläutert den Betrieb des Baggers 100 gemäß der Ausführungsform. In der Ausführungsform führt die Steuervorrichtung 50 eine Niveauregelungssteuerung mit dem Arbeitsgerät 1 durch, so dass sich die Schneidspitze 10 des Löffels 11 entlang der Zielgrabgeländeform (Konstruktionsfläche), die die Zielform des Grabungsziels angibt, bewegt. Die Steuervorrichtung 50 führt eine Niveauregelungssteuerung mit dem Arbeitsgerät 1 durch, beispielsweise, eine PI-Steuerung (Proportional-Integral-Steuerung).
Durch Betätigen der Bedienvorrichtung 40 werden der Kippbetrieb des Löffels 11, der Grabbetrieb des Löffels 11, der Kippbetrieb des Arms 12, der Grabbetrieb des Arms 12, der Hebebetrieb des Auslegers 13, und der Absenkbetrieb des Auslegers 13 durchgeführt.
In der Ausführungsform weist die Bedienvorrichtung 40 einen rechten Schalthebel, der auf der rechten Seite des auf dem Fahrersitz 4S sitzenden Maschinenführers angeordnet ist, und einen linken Schalthebel, der auf der linken Seite davon angeordnet ist, auf. Wenn der rechte Schalthebel in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung betätigt wird, werden der Absenkbetrieb und der Hebebetrieb des Auslegers 13 durchgeführt. Wenn der rechte Schalthebel in der linken und rechten Richtung (Fahrzeugbreiterichtung) betätigt wird, werden der Grabbetrieb und der Kippbetrieb des Löffels 11 durchgeführt. Wenn der linke Schalthebel in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung betätigt wird, werden der Kippbetrieb und der Grabbetrieb des Arms 12 durchgeführt. Wenn der linke Schalthebel nach links und nach rechts betätigt wird, schwenkt der obere Schwenkkörper 2 nach links und rechts. Zudem kann, wenn der linke Schalthebel in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung betätigt wird, der obere Schwenkkörper 2 nach rechts und links schwenken. Dann kann, wenn der linke Schalthebel in der linken und rechten Richtung betätigt wird, der Arm 12 den Kippbetrieb und den Grabbetrieb durchführen.
In der Niveauregelungssteuerung werden der Löffel 11 und der Arm 12 basierend auf dem Betrieb der Bedienvorrichtung 40 durch den Maschinenführer angetrieben. Der Ausleger 13 wird basierend auf mindestens einem von Fahrer-Betätigung der Bedienvorrichtung 40 und Steuerung der Steuervorrichtung 50 angetrieben.
Wie in 4 erläutert, werden, wenn das Grabungsziel ausgegraben wird, der Löffel 11 und der Arm 12 verwendet, um den Grabbetrieb durchzuführen. Die Steuervorrichtung 50 führt eine mit der Bewegung des Auslegers 10 zusammenhängende Steuerung durch, so dass sich die Schneidspitze 10 des Löffels 11 entlang der Zielgrabgeländeform bewegt, während der Löffel 11 und der Arm 12 durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 für den Grabbetrieb eingesetzt werden. In dem Beispiel, das in 4 erläutert ist, steuert die Steuervorrichtung 50 den Auslegerzylinder 23, so dass der Ausleger 13 angehoben wird während der Löffel 11 und der Arm 12 für den Grabbetrieb eingesetzt werden.
[Hydrauliksystem]
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Hydrauliksystems 300 gemäß der Ausführungsform beschrieben. Der Hydraulikzylinder 20 einschließlich Löffelzylinder 21, Armzylinder 22, und Auslegerzylinder 23 wird durch das Hydrauliksystem 300 betrieben. Der Hydraulikzylinder 20 wird durch die Bedienvorrichtung 40 betätigt.
In der Ausführungsform ist die Bedienvorrichtung 40 eine hydraulische Pilot-Bedienvorrichtung. In der Beschreibung, die folgt, wird das Öl, das dem Hydraulikzylinder 20 zum Bedienen des Hydraulikzylinders 20 (Löffelzylinder 21, Armzylinder 22, und Auslegerzylinder 23) zugeführt wird, entsprechend als hydraulisches Öl bezeichnet. Die Zufuhrmenge an hydraulischem Öl wird mit Bezug auf den Hydraulikzylinder 20 durch ein Richtungssteuerungsventil 41 eingestellt. Das Richtungssteuerungsventil 41 wird durch das zugeführte Öl betätigt. In der Beschreibung, die folgt, wird das Öl, das dem Richtungssteuerungsventil 41 zum Bedienen des Richtungssteuerungsventils 41 zugeführt wird, entsprechend als Pilotöl bezeichnet. Weiterhin wird der Druck des Pilotöls entsprechend als hydraulischer Pilotdruck bezeichnet.
5 ist eine schematische Ansicht und erläutert ein Beispiel des durch den Armzylinder 22 betätigten Hydrauliksystems 300. Durch Betätigen der Bedienvorrichtung 40 führt der Arm 12 zwei Arten von Betrieben, den Grabbetrieb und den Kippbetrieb, durch. Wenn der Armzylinder 22 verlängert wird, führt der Arm 12 den Grabbetrieb durch. Wenn dann der Armzylinder 22 verkürzt wird, führt der Arm 12 den Kippbetrieb durch.
Das Hydrauliksystem 300 weist folgendes auf: eine variable hydraulische Verdrängerhauptpumpe 42, die dem Armzylinder 22 das hydraulische Öl über das Richtungssteuerungsventil 41 zuführt, eine hydraulische Pilotpumpe 43, die das Pilotöl zuführt, die Bedienvorrichtung 40, die den hydraulischen Pilotdruck mit Bezug auf das Richtungssteuerungsventil 41 einstellt, Ölkanäle 44A und 44B, durch die das Pilotöl fließt, jeweils in den Ölkanälen 44A und 44B angeordnete Drucksensoren 46A und 46B und die Steuervorrichtung 50. Die Haupthydraulikpumpe 42 wird durch einen Motor wie einen Antrieb (nicht erläutert) angetrieben.
Das Richtungssteuerungsventil 41 steuert die Hydraulikölflussrichtung. Das von der Haupthydraulikpumpe 42 zugeführte hydraulische Öl wird dem Armzylinder 22 über das Richtungssteuerungsventil 41 zugeführt. Das Richtungssteuerungsventil 41 ist der Spulentyp, der die hydraulische Ölflussrichtung durch Bewegen einer stabförmigen Spule ändert. Wenn sich die Spule in axialer Richtung bewegt, werden die Zufuhr des hydraulischen Öls mit Bezug zu einer kappenseitigen Ölkammer 20A (Ölkanal 47A) des Armzylinders 22 und die Zufuhr des hydraulischen Öls mit Bezug zu einer stabseitigen Ölkammer 20B (Ölkanal 47B) davon umgeschaltet. Zudem ist die kappenseitige Ölkammer 20A ein Raum, der zwischen einer Zylinderkopfabdeckung und einem Kolben ausgebildet ist. Die stabseitige Ölkammer 20B ist ein Raum, in dem eine Kolbenstange angeordnet ist. Weiterhin wird, wenn sich die Spule in axialer Richtung bewegt, eine hydraulische Ölzufuhrmenge (die Zufuhrmenge pro Zeiteinheit) mit Bezug auf den Armzylinder 22 eingestellt. Wenn die hydraulische Ölzufuhrmenge mit Bezug auf den Armzylinder 22 eingestellt wird, wird die Zylindergeschwindigkeit eingestellt.
Das Richtungssteuerungsventil 41 wird durch die Bedienvorrichtung 40 betätigt. Das von der Pilot-Hydraulikpumpe 43 zugeführte Pilotöl wird der Bedienvorrichtung 40 zugeführt. Zudem kann das von der Pilot-Hydraulikpumpe 42 zugeführte und durch ein Reduktionsventil im Druck reduzierte Pilotöl der Bedienvorrichtung 40 zugeführt werden. Die Bedienvorrichtung 40 weist ein hydraulisches Pilotdruckeinstellventil auf. Basierend auf dem Bedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 wird der hydraulische Pilotdruck eingestellt. Durch den hydraulischen Pilotdruck wird das Richtungssteuerungsventil 41 angetrieben. Wenn der hydraulische Pilotdruck durch die Bedienvorrichtung 40 eingestellt wird, werden der Bewegungsbetrag und die Bewegungsgeschwindigkeit der Spule in der axialen Richtung eingestellt.
Das Richtungssteuerventil 41 weist eine erste Druckaufnahmekammer und eine zweite Druckaufnahmekammer auf. Wenn die Spule durch den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44A angetrieben wird, wird die erste Druckaufnahmekammer mit der Haupthydraulikpumpe 42 verbunden, so dass das hydraulische Öl der ersten Druckaufnahmekammer zugeführt wird. Wenn die Spule durch den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44B angetrieben wird, wird die zweite Druckaufnahmekammer mit der Haupthydraulikpumpe 42 verbunden, so dass das hydraulische Öl der zweiten Druckaufnahmekammer zugeführt wird.
Der Drucksensor 46A detektiert den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44A. Der Drucksensor 46B detektiert den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44B. Die Detektionssignale der Drucksensoren 46A und 46B werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben.
Wenn der Schalthebel der Bedienvorrichtung 40 zu einer Seite in Relation zur neutralen Position betätigt wird, wirkt der als Reaktion auf den Bedienbetrag des Schalthebels eingestellte hydraulische Pilotdruck auf die erste Druckaufnahmekammer der Spule des Richtungssteuerungsventils 41. Wenn der Schalthebel der Bedienvorrichtung 40 zur anderen Seite in Relation zur neutralen Position betätigt wird, wirkt der als Reaktion auf den Bedienbetrag des Schalthebels eingestellte hydraulische Pilotdruck auf die zweite Druckaufnahmekammer der Spule des Richtungssteuerungsventils 41.
Die Spule des Richtungssteuerungsventils 41 bewegt sich durch den Abstand, der als Reaktion auf den hydraulischen Pilotdruck eingestellt wird, der durch die Bedienvorrichtung 40 eingestellt wird. Zum Beispiel wird, wenn der hydraulische Pilotdruck auf die erste Druckaufnahmekammer wirkt, das hydraulische Öl von der Haupthydraulikpumpe 42 der kappenseitigen Ölkammer 20A des Armzylinders 22 zugeführt, so dass der Armzylinder 22 verlängert wird. Wenn der Armzylinder 22 verlängert wird, führt der Arm 12 den Grabbetrieb durch. Wenn der hydraulische Pilotdruck auf die zweite Druckaufnahmekammer wirkt, wird das hydraulische Öl von der Haupthydraulikpumpe 42 in die stabseitige Ölkammer 20B des Armzylinders 22 zugeführt, so dass der Armzylinder 22 verkürzt wird. Wenn der Armzylinder 22 verkürzt wird, führt der Arm 12 den Kippbetrieb durch. Basierend auf dem Bewegungsbetrag der Spule des Richtungssteuerungsventils 41, wird die Hydraulikölzufuhrmenge, die pro Zeiteinheit von der Haupthydraulikpumpe 42 dem Armzylinder 22 über die Richtungssteuerungsventil 41 zugeführt wird, eingestellt. Wenn die Hydraulikölzufuhrmenge pro Zeiteinheit eingestellt wird, wird die Zylindergeschwindigkeit eingestellt.
Das Hydrauliksystem 300, das den Löffelzylinder 21 betreibt, hat die gleiche Konfiguration wie das Hydrauliksystem 300, das den Armzylinder 22 betreibt. Durch Betätigen der Bedienvorrichtung 40, führt der Löffel 11 zwei Arten von Betrieben durch, Grabbetrieb und Kippbetrieb. Wenn der Löffelzylinder 21 verlängert wird, führt der Löffel 11 den Grabbetrieb durch. Wenn der Löffelzylinder 21 verkürzt wird, führt der Löffel 11 den Kippbetrieb durch. Die ausführliche Beschreibung des Hydrauliksystems 300, das den Löffelzylinder 21 betätigt, ist weggelassen.
6 ist eine schematische Ansicht und erläutert ein Beispiel des Hydrauliksystems 300, das den Auslegerzylinder 23 betätigt. Durch Betätigen der Bedienvorrichtung 40, führt der Ausleger 13 zwei Arten von Betrieben durch, Hebebetrieb und Absenkbetrieb. Das Richtungssteuerventil 41 umfasst eine erste Druckaufnahmekammer und eine zweite Druckaufnahmekammer. Wenn die Spule durch den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44A angetrieben wird, wird die erste Druckaufnahmekammer mit der Haupthydraulikpumpe 42 verbunden, so dass das hydraulische Öl der ersten Druckaufnahmekammer zugeführt wird. Wenn die Spule durch den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44B angetrieben wird, wird die zweite Druckaufnahmekammer mit der Haupthydraulikpumpe 42 verbunden, so dass das hydraulische Öl der zweiten Druckaufnahmekammer zugeführt wird. Das von der Haupthydraulikpumpe 42 zugeführte hydraulische Öl wird dem Auslegerzylinder 23 über das Richtungssteuerungsventil 41 zugeführt. Wenn sich die Spule des Richtungssteuerungsventils 41 in axialer Richtung bewegt, werden die Zufuhr des hydraulischen Öls mit Bezug auf die kappenseitige Ölkammer 20A (das Ölkanal 47B) des Auslegerzylinders 23 und die Zufuhr des hydraulischen Öls mit Bezug auf die stabseitige Ölkammer 20B (Ölkanal 47A) davon umgeschaltet. Wenn das hydraulische Öl der ersten Druckaufnahmekammer zugeführt wird, wird das hydraulische Öl der stabseitigen Ölkammer 20B über den Ölkanal 47A zugeführt, so dass der Auslegerzylinder 13 verkürzt und der Ausleger 13 abgesenkt wird. Wenn das hydraulische Öl der zweiten Druckaufnahmekammer zugeführt wird, wird das hydraulische Öl der kappenseitigen Ölkammer 20A über den Ölkanal 47B zugeführt, so dass der Auslegerzylinder 13 verlängert und der Ausleger 13 angehoben wird.
Wie in 6, erläutert, weist das Hydrauliksystem 300, das den Auslegerzylinder 23 betätigt, folgendes auf: die Haupthydraulikpumpe 42, die Pilot-Hydraulikpumpe 43, das Richtungssteuerungsventil 41, die Bedienvorrichtung 40, die den hydraulischen Pilotdruck für das Richtungssteuerungsventil 41 einstellt, die Ölkanäle 44A, 44B, und 44C, die den Durchfluss des Pilotöls bewirken, Steuerventile 45A, 45B, und 45C, die in den Ölkanälen 44A, 44B, und 44C angeordnet sind, die Drucksensoren 46A und 46B, die in den Ölkanälen 44A, 44B, und 44C angeordnet sind, und die Steuervorrichtung 50, die die Steuerventile 45A, 45B, und 45C steuert.
Die Steuerventile 45A, 45B, und 45C sind elektromagnetische Proportionalsteuerventile. Die Steuerventile 45A, 45B, und 45C stellen den hydraulischen Pilotdruck basierend auf dem Befehlssignal aus der Steuervorrichtung 50 ein. Das Steuerventil 45A stellt den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44A ein. Das Steuerventil 45B stellt den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44B ein. Das Steuerventil 45C stellt den hydraulischen Pilotdruck des Ölkanals 44C ein.
Wie vorstehend mit Bezug auf 5 beschrieben, wirkt der als Reaktion auf den Bedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 eingestellte hydraulische Pilotdruck durch die Bedienung der Bedienvorrichtung 40 auf das Richtungssteuerungsventil 41. Die Spule des Richtungssteuerungsventils 41 bewegt sich als Reaktion auf den hydraulischen Pilotdruck. Basierend auf dem Bewegungsbetrag der Spule, wird die pro Zeiteinheit von der Haupthydraulikpumpe 42 dem Auslegerzylinder 23 zugeführte hydraulische Ölzufuhrmenge über das Richtungssteuerungsventil 41 eingestellt.
Die Steuervorrichtung 50 kann den hydraulischen Pilotdruck, der auf die erste Druckaufnahmekammer wirkt, durch Kontrolle des Steuerventils 45A reduzieren. Die Steuervorrichtung 50 kann den hydraulischen Pilotdruck, der auf die zweite Druckaufnahmekammer wirkt, durch Kontrolle des Steuerventils 45B reduzieren. In dem Beispiel, das in 6 erläutert ist, wird, wenn der durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 eingestellte hydraulische Pilotdruck durch das Steuerventil 45A reduziert wird, das dem Richtungssteuerungsventil 41 zugeführte Pilotöl begrenzt. Wenn der hydraulische Pilotdruck, der auf das Richtungssteuerungsventil 41 wirkt, durch das Steuerventil 45A reduziert wird, wird der Absenkbetrieb des Auslegers 13 begrenzt. Gleichermaßen, wird, wenn der durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 eingestellte hydraulische Pilotdruck durch das Steuerventil 45B reduziert wird, das dem Richtungssteuerungsventil 41 zugeführte Pilotöl begrenzt. Wenn der hydraulische Pilotdruck, der auf das Richtungssteuerungsventil 41 wirkt, durch das Steuerventil 45B reduziert wird, wird der Hebebetrieb des Auslegers 13 begrenzt. Die Steuervorrichtung 50 steuert das Steuerventil 45A basierend auf dem Detektionssignal des Drucksensors 46A. Die Steuervorrichtung 50 steuert das Steuerventil 45B basierend auf dem Detektionssignal des Drucksensors 46B.
In der Ausführungsform ist der Ölkanal 44C mit dem Steuerventil 45C vorgesehen, das basierend auf dem Befehlssignal betätigt wird, das mit der Niveauregelungssteuerung zusammenhängt und von der Steuervorrichtung 50 für die Niveauregelungssteuerung ausgegeben wird. Das von der Pilot-Hydraulikpumpe 43 zugeführte Pilotöl fließt in den Ölkanal 44C. Der Ölkanal 44C und der Ölkanal 44B sind mit einem Wechselventil 48 verbunden. Das Wechselventil 48 führt dem Richtungssteuerungsventil 41 das Pilotöl des Ölkanals mit einem höheren hydraulischen Pilotdruck zwischen Ölkanal 44B und Ölkanal 44C zu.
Das Steuerventil 45C wird basierend auf dem Befehlssignal gesteuert, das von der Steuervorrichtung 50 für die Niveauregelungssteuerung ausgegeben wird.
Die Steuervorrichtung 50 gibt das Befehlssignal nicht an das Steuerventil 45C aus, so dass das Richtungssteuerungsventil 41 basierend auf dem hydraulischen Pilotdruck angetrieben wird, der durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 eingestellt wird, wenn die Niveauregelungssteuerung nicht durchgeführt wird. Zum Beispiel öffnet die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45B vollständig und schließt den Ölkanal 44C durch das Steuerventil 45C, so dass das Richtungssteuerungsventil 41 basierend auf dem hydraulischen Pilotdruck angetrieben wird, der durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 eingestellt wird.
Wenn die Niveauregelungssteuerung durchgeführt wird, steuert die Steuervorrichtung 50 die Steuerventile 45B und 45C, so dass das Richtungssteuerungsventil 41 basierend auf dem hydraulischen Pilotdruck angetrieben wird, der durch das Steuerventil 45C eingestellt wird. Zum Beispiel steuert, wenn die Niveauregelungssteuerung zur Begrenzung der Bewegung des Auslegers 13 durchgeführt wird, die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45C, so dass der hydraulische Pilotdruck als Reaktion auf die Auslegerzielgeschwindigkeit realisiert wird. Zum Beispiel steuert die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45C, so dass der durch das Steuerventil 45C eingestellte hydraulische Pilotdruck höher wird als der durch die Bedienvorrichtung 40 eingestellte hydraulische Pilotdruck. Wenn der hydraulische Pilotdruck des Ölkanals 44C höher wird als der hydraulische Pilotdruck des Ölkanals 44B, wird das Pilotöl aus dem Steuerventil 45C dem Richtungssteuerungsventil 41 über das Wechselventil 48 zugeführt.
Wenn das Pilotöl dem Richtungssteuerungsventil 41 über mindestens einen von Ölkanal 44B und Ölkanal 44C zugeführt wird, wird das hydraulische Öl der kappenseitigen Ölkammer 20A über den Ölkanal 47B zugeführt. Demgemäß wird der Auslegerzylinder 23 verlängert, so dass der Ausleger 13 angehoben wird.
Wenn der durch die Bedienvorrichtung 40 verursachte Hebebedienbetrag des Auslegers 13 groß ist, so dass die Zielgrabgeländeform nicht durch die Schneidspitze 10 des Löffels 11 ausgegraben wird, wird die Niveauregelungssteuerung nicht durchgeführt. Wenn die Bedienvorrichtung 40 betätigt wird, so dass der Ausleger 13 mit einer Geschwindigkeit angehoben wird, die schneller ist als die Auslegerzielgeschwindigkeit, und der hydraulische Pilotdruck basierend auf dem Bedienbetrag eingestellt wird, wird der durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 eingestellte hydraulische Pilotdruck höher als der durch das Steuerventil 45C eingestellte hydraulische Pilotdruck. Demgemäß wird das Pilotöl des hydraulischen Pilotdrucks, der durch die Betätigung des Steuerventil 45C der Steuervorrichtung 50 eingestellt wird, durch das Wechselventil 48 gewählt und dem Richtungssteuerungsventil 41 zugeführt. Weiterhin wird, wenn der hydraulische Pilotdruck, der basierend auf dem Befehl von der später zu beschreibenden Steuervorrichtung 50 an das Steuerventil 45C eingestellt wird, niedriger ist als der hydraulische Pilotdruck basierend auf dem Ausleger-Bedienbetrag, wird das durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 eingestellte Pilotöl durch das Wechselventil 48 gewählt, und der Ausleger 13 wird betätigt.
[Steuersystem]
Als Nächstes wird ein Steuersystem 200 des Baggers 100 gemäß der Ausführungsform beschrieben. 7 ist ein funktionelles Blockdiagramm und erläutert ein Beispiel des Steuersystems 200 gemäß der Ausführungsform.
Wie in 7, erläutert, weist das Steuersystem 200 folgendes auf: die Steuervorrichtung 50, die das Arbeitsgerät 1 steuert, den Positionsdetektor 30, den Schneidspitzenpositionsdetektor 34, die Bedienvorrichtung 40, das Steuerventil 45 (45A, 45B, und 45C), einen Drucksensor 46 (46A und 46B), und eine Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70.
Wie oben beschrieben, detektiert der Positionsdetektor 30, einschließlich Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31, Stellungsdetektor 32 und die Richtungsdetektor 33, die absolute Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2. In der Beschreibung, die folgt, wird die absolute Position Pg des oberen Schwenkkörpers 2 entsprechend als Fahrzeugkörperposition Pg bezeichnet.
Das Steuerventil 45 (45A, 45B, und 45C) stellt die hydraulische Ölzufuhrmenge mit Bezug auf den Hydraulikzylinder 20 ein. Das Steuerventil 45 wird basierend auf dem Befehlssignal aus der Steuervorrichtung 50 betätigt. Der Drucksensor 46 (46A und 46B) detektiert den hydraulischen Pilotdruck eines Ölkanals 44 (44A und 44B). Das Detektionssignal des Drucksensors 46 wird an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben.
Die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 weist ein Computersystem auf. Die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 erzeugt Zielkonstruktionsdaten, die eine dreidimensionale Konstruktionsgeländeform als Zielform des Baustelle angeben. Die Zielkonstruktionsdaten geben die dreidimensionale Zielform an, die nach der Konstruktion durch das Arbeitsgerät 1 erhalten wird. Die Zielkonstruktionsdaten umfassen Koordinaten- und Winkeldaten, die zum Erzeugen der Zielgrabgeländeformdaten notwendig sind.
Die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 ist beispielsweise an einem entfernten Ort getrennt von Bagger 100 vorgesehen. Die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 ist beispielsweise in einer Baustellenverwaltungseinrichtung vorgesehen. Eine Funkverbindung kann zwischen der Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 und der Steuervorrichtung 50 möglich sein. Die durch die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 erzeugten Zielkonstruktionsdaten werden drahtlos an die Steuervorrichtung 50 übertragen.
Zudem können die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 und die Steuervorrichtung 50 über Draht verbunden sein, so dass die Zielkonstruktionsdaten von dem Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 an die Steuervorrichtung 50 übertragen wird. Zudem kann die Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 ein Speichermedium aufweisen, das die Zielkonstruktionsdaten speichert, und die Steuervorrichtung 50 kann ein Gerät aufweisen, das in der Lage ist, die Zielkonstruktionsdaten aus dem Speichermedium auszulesen.
Die Steuervorrichtung 50 weist folgendes auf: eine Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51, die Fahrzeugkörperpositionsdaten erfasst, die die Fahrzeugkörperposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2, der das Arbeitsgerät 1 trägt, angeben, eine Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52, die Schneidspitzenpositionsdaten erfasst, die die relative Position der Schneidspitze 10 des Löffels 11 mit Bezug auf die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 in dem lokalen Koordinatensystem angeben, eine Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53, die Zielgrabgeländeformdaten erzeugt, die die Zielform des Grabungsziels angeben, eine Abstandserfassungseinheit 54, die Abstandsdaten erfasst, die den Abstand zwischen Zielgrabgeländeform und Schneidspitzenposition des Löffels 11 angeben, eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55, die die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels 11 basierend auf den Abstandsdaten bestimmt, eine Bedienbetragserfassungseinheit 56, die den Bedienbetrag für den Betrieb des Arbeitsgeräts 1 erfasst, eine Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57, die eine Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von Armbedienbetrag und Löffelbedienbetrag berechnet, die durch die Bedienbetragserfassungseinheit 56 erfasst werden, eine Korrekturbetragsberechnungseinheit 58, die einen Korrekturbetrag der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands zwischen Schneidspitzenposition und Zielgrabgeländeform berechnet, eine Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59, die den Korrekturbetrag basierend auf dem Abstand zwischen Schneidspitzenposition und Zielgrabgeländeform begrenzt, eine Arbeitsgerät-Steuereinheit 60, die den Auslegerzylinder 23, der den Ausleger 13 antreibt, basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit steuert, eine Speichereinheit 61, die die Beschreibungsdaten des Baggers 100 speichert, und eine Eingabe/Ausgabeeinheit 62.
Der Prozessor der Steuervorrichtung 50 weist folgendes auf: die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51, die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52, die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53, die Abstandserfassungseinheit 54, die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55, die Bedienbetragserfassungseinheit 56, die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57, die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58, die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59, und die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60. Die Speichervorrichtung der Steuervorrichtung 50 weist die Speichereinheit 61 auf. Die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelleneinrichtung der Steuervorrichtung 50 weist die Eingabe/Ausgabeeinheit 62 auf.
Die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51 erfasst die Fahrzeugkörperpositionsdaten, die die Fahrzeugkörperposition Pg aus dem Positionsdetektor 30 über die Eingabe/Ausgabeeinheit 62 angeben. Die Fahrzeugkörperposition Pg ist eine durch das Globalkoordinatensystem definierte aktuelle absolute Position. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 detektiert die Fahrzeugkörperposition Pg basierend auf mindestens einer der Einbaustellung P1a und der Einbaustellung P1b der GPS-Antenne 31. Die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51 erfasst die Fahrzeugkörperpositionsdaten, die die Fahrzeugkörperposition Pg angeben, aus dem Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31.
Die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst die Schneidspitzenpositionsdaten, die die Schneidspitzenposition angeben, aus dem Schneidspitzenpositionsdetektor 34 über die Eingabe/Ausgabeeinheit 56. Die Schneidspitzenposition ist eine durch das lokale Koordinatensystem definierte aktuelle relative Position. Die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst die Schneidspitzenpositionsdaten, die die Schneidspitzenposition einer relativen Position der Schneidspitze 10 mit Bezug auf die Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 von dem Schneidspitzenpositionsdetektor 34 angeben. Zudem kann der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 die aktuelle absolute Position Pb der Schneidspitze 10 basierend auf der Fahrzeugkörperposition Pg des oberen Schwenkkörpers 2, der relativen Position zwischen der Referenzposition Ps des oberen Schwenkkörpers 2 und der Schneidspitze 10, und den Beschreibungsdaten des Baggers 100 berechnen. Die durch die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52 aus dem Schneidspitzenpositionsdetektor 32 erfassten Schneidspitzenpositionsdaten können die aktuelle absolute Position Pb der Schneidspitze 10 einschließen.
Die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 erzeugt die Zielgrabgeländeformdaten, die die Zielform des Grabungsziel entsprechend der Schneidspitzenposition angeben, unter Verwendung der Zielkonstruktionsdaten und Schneidspitzenpositionsdaten, die aus der Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 zugeführt werden. Die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 erzeugt die Zielgrabgeländeformdaten in dem lokalen Koordinatensystem.
8 ist ein Diagramm und erläutert eine Beziehung zwischen Zielgrabgeländeformdaten und Zielkonstruktionsdaten, die die dreidimensionale Konstruktionsgeländeform angeben. Wie in 8 erläutert, erfasst die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 die Schnittlinie E zwischen der dreidimensionalen konstruierten Geländeform und der Arbeitsmaschinenbetriebsebene MP des Arbeitsgeräts 1, die in der Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung des oberen Schwenkkörpers 2 als Kandidatenlinie der Zielgrabgeländeform basierend auf den Zielkonstruktionsdaten und den Schneidspitzenpositionsdaten definiert ist. Die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 stellt den direkten unteren Punkt der Schneidspitze 10 in der Kandidatenlinie der Zielgrabgeländeform als Referenzpunkt AP der Zielgrabgeländeform ein. Die Steuervorrichtung 50 bestimmt einen einzigen Wendepunkt und eine Vielzahl von Wendepunkten vor und nach dem Referenzpunkt AP der Zielgrabgeländeform und die vordere und hintere Linie davon als Zielgrabgeländeform als Grabungsziel. Die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 erzeugt die Zielgrabgeländeformdaten, die die konstruierte Geländeform angeben, als Zielform des Grabungsziels.
In 7, berechnet die Abstandserfassungseinheit 54 den Abstand d zwischen Schneidspitzenposition Pb und Zielgrabgeländeform basierend auf der durch die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfassten Schneidspitzenposition und der durch die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 erzeugten Zielgrabgeländeform.
Zudem wird in der Ausführungsform die Schneidspitzenposition Pb als Steuerungsziel verwendet. Allerdings kann der Abstand zwischen dem willkürlichen Punkt des Löffels 11, einschließlich Außenumfang des Löffels 11, und der Zielgrabgeländeform als Abstand d zwischen Löffel 11 und Zielgrabgeländeform durch die Verwendung der Außenformdimension des Löffels 11 eingestellt werden.
Die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55 bestimmt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels 11 basierend auf dem Abstand d zwischen Schneidspitzenposition Pb und Zielgrabgeländeform.
9 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Abstand d und der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit. In dem Graph, der in 9 erläutert ist, gibt die horizontale Achse den Abstand d an, und die vertikale Achse gibt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit an. In 9 hat der Abstand d einen positiven Wert, wenn die Oberfläche der Zielgrabgeländeform nicht von der Schneidspitze 10 durchdrungen wird. Der Abstand d hat einen negativen Wert, wenn die Oberfläche der Zielgrabgeländeform von der Schneidspitze 10 durchdrungen wird. Der nichtinvasive Zustand, in dem die Oberfläche der Zielgrabgeländeform nicht von der Schneidspitze 10 durchdrungen wird, gibt einen Zustand an, in dem die Schneidspitze 10 außerhalb (über) der Oberfläche der Zielgrabgeländeform vorhanden ist. Mit anderen Worten, ist die Schneidspitze in einer Position vorhanden, die nicht über die Zielgrabgeländeform hinausgeht. Der invasive Zustand, in dem die Oberfläche der Zielgrabgeländeform von der Schneidspitze 10 durchdrungen wird, gibt an einen Zustand, in dem die Schneidspitze 10 innerhalb(unterhalb) der Oberfläche der Zielgrabgeländeform vorliegt. Mit anderen Worten ist die Schneidspitze in einer Position vorhanden, die über die Zielgrabgeländeform hinausgeht. Im nicht-invasiven Zustand ist die Schneidspitze 10 von der Zielgrabgeländeform abgehoben. Im invasiven Zustand wird die Zielgrabgeländeform durch die Schneidspitze 10 abgegraben. Der Abstand d ist Null, wenn sich die Schneidspitze 10 der Oberfläche der Zielgrabgeländeform anpasst.
In der Ausführungsform wird die Geschwindigkeit, bei der die Schneidspitze 10 vom Inneren der Zielgrabgeländeform nach außen davon gelenkt wird, auf einen positiven Wert eingestellt, und die Geschwindigkeit, bei der die Schneidspitze 10 von außerhalb der Zielgrabgeländeform in das Innere davon gelenkt wird, wird auf einen negativen Wert eingestellt. D.h. die Geschwindigkeit, bei der die Schneidspitze 10 von der Zielgrabgeländeform nach oben gelenkt wird, wird auf einen positiven Wert eingestellt, und die Geschwindigkeit, bei der die Schneidspitze 10 von der Zielgrabgeländeform nach unten gelenkt wird, wird auf einen negativen Wert eingestellt.
Wie in 9 erläutert, bestimmt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55, ob die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit positiv oder negativ ist, so dass sich die Schneidspitze 10 der Zielgrabgeländeform anpasst. Weiterhin bestimmt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55 die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit, so dass der absolute Wert der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit zunimmt, wenn der Abstand d zunimmt und der absolute Wert der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit abnimmt, wenn der Abstand d abnimmt.
In 7 erfasst die Bedienbetragserfassungseinheit 56 den Bedienbetrag der Bedienvorrichtung 40. Der Bedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 korreliert mit dem hydraulischen Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B. Der hydraulische Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B wird durch die Drucksensoren 46A und 46B nachgewiesen. Die Korrelationsdaten, die die Korrelation zwischen Bedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 und hydraulischem Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B angeben, werden im Voraus durch einen Vortest oder eine Simulation erhalten und in der Speichereinheit 61 gespeichert. Die Bedienbetragserfassungseinheit 56 erfasst die Bedienbetragsdaten, die den Bedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 aus den Detektionssignalen (PPC-Druck) von den Drucksensoren 46A und 46B basierend auf den Detektionssignalen des Drucksensoren 46A und 46B und der Korrelationsdaten, die in der Speichereinheit 61 gespeichert sind, angeben. Die Bedienbetragserfassungseinheit 56 erfasst den Löffelbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 zum Bedienen des Löffels 11, den Armbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 zum Bedienen des Arms 12 und den Auslegerbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 zum Bedienen des Auslegers 13.
Die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57 berechnet die Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit, die durch die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55 bestimmt wird, und mindestens einen von Armbedienbetrag und Löffelbedienbetrag, die von der Bedienbetragserfassungseinheit 56 erfasst werden. In der Niveauregelungssteuerung werden die Bewegung des Löffels 11 und die Bewegung des Arms 12 basierend auf der Bedienung der Bedienvorrichtung 40 durch den Maschinenführer eingestellt. In der Niveauregelungssteuerung wird die Bewegung des Auslegers 10 durch die Steuervorrichtung 50 gesteuert, so dass sich die Schneidspitze 10 des Löffels 11 entlang der Zielgrabgeländeform bewegt, während der Löffel 11 und der Arm 12 über die Bedienvorrichtung 40 bedient werden. Die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 berechnet die Schneidspitzengeschwindigkeit, wenn der Löffel 11 von dem Löffelbedienbetrag zum Bedienen des Löffels 11 durch die Bedienvorrichtung 40 bedient wird, und berechnet die Auslegerzielgeschwindigkeit, die der Schneidspitzengeschwindigkeit entgegenwirkt, basierend auf der Bewegung des Löffels 11, so dass eine Abweichung zwischen Schneidspitze 10 und Zielgrabgeländeform während der Bedienung des Löffels 11 ausgeglichen wird. Gleichermaßen berechnet der Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 die Schneidspitzengeschwindigkeit, wenn der Arm 12 von dem Armbedienbetrag zum Bedienen des Arms 12 durch die Bedienvorrichtung 40 betätigt wird, und berechnet die Auslegerzielgeschwindigkeit, die der Schneidspitzengeschwindigkeit entgegenwirkt, basierend auf der Bewegung des Arms 12, so dass eine Abweichung zwischen Schneidspitze 10 und Zielgrabgeländeform während der Bedienung des Arms 12 ausgeglichen wird. Da die Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von Armbedienbetrag und Löffelbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 berechnet wird und die Bewegung des Auslegers 13 bei der Auslegerzielgeschwindigkeit gesteuert wird, können die Schneidspitze 10 und die Zielgrabgeländeform nahe beieinander vorliegen.
Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet den Korrekturbetrag der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d zwischen Schneidspitzenposition Pb und Zielgrabgeländeform. Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet den Korrekturbetrag basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d von einem vorbestimmten vergangenen Zeitpunkt bis zu einem aktuellen Zeitpunkt und kompensiert die Auslegerzielgeschwindigkeit durch Integration.
Die Korrekturbetrag wird basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d berechnet, wenn die Schneidspitze 10 von dem Zielgrabgeländeform getrennt ist. Da die Auslegerzielgeschwindigkeit durch Integration basierend auf dem Abstand d kompensiert wird, wenn die Zielgrabgeländeform durch die Schneidspitze 10 ausgegraben wird, kann der Ausleger 13 angetrieben werden, so dass der Abstand d, von dem Zustand, in dem die konstruierte Zielgeländeform ausgegraben wird, Null wird.
Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 begrenzt den Korrekturbetrag, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet wird, so dass die Geschwindigkeit basierend auf dem Abstand d zwischen Schneidspitzenposition Pb und Zielgrabgeländeform nicht überkompensiert wird. Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnet die Obergrenze des Korrekturbetrags basierend auf dem Abstand d. In der Ausführungsform berechnet die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 die Obergrenze des Korrekturbetrags basierend auf der von dem Abstand d bestimmten Schneidspitzenzielgeschwindigkeit.
Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 steuert den Auslegerzylinder 23, so dass der Ausleger 13 basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit angetrieben wird. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 vergleicht den durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechneten Korrekturbetrag mit der durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechneten Obergrenze und bestimmt das an das Steuerventil 45C ausgegebene Befehlssignal basierend auf der Obergrenze, wenn der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnete Korrekturbetrag größer ist als die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 steuert den Auslegerzylinder 23 durch Ausgeben des Befehlssignals an das Steuerventil 45C und steuert den Auslegerzylinder 23 basierend auf dem Korrekturbetrag, wenn der Korrekturbetrag gleich oder kleiner ist als die Obergrenze.
[Baggersteuerverfahren]
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Steuern des Baggers 100 gemäß der Ausführungsform mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben. 10 ist ein Ablaufdiagramm und erläutert ein Verfahren zum Steuern des Baggers 100 gemäß der Ausführungsform. 11 ist ein Steuerungsblockdiagramm des Baggers 100 gemäß der Ausführungsform.
Die Zielkonstruktionsdaten werden der Steuervorrichtung 50 aus der Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 zugeführt. Die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 erzeugt die Zielgrabgeländeformdaten unter Verwendung der Zielkonstruktionsdaten, die von der Zielkonstruktionsdatenerzeugungsvorrichtung 70 zugeführt werden (Schritt SP1).
Die Schneidspitzenpositionsdaten werden der Steuervorrichtung 50 aus der Schneidspitzenpositionsdetektor 34 zugeführt. Die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst die Schneidspitzenpositionsdaten aus dem Schneidspitzenpositionsdetektor 34 (Schritt SP2).
Der Abstandserfassungseinheit 54 berechnet den Abstand d zwischen Schneidspitzenposition und Zielgrabgeländeform basierend auf der durch die Zielgrabgeländeformdatenerzeugungseinheit 53 erzeugten Zielgrabgeländeform und der durch die Schneidspitzenpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfassten Schneidspitzenpositionsdaten (Schritt SP3). Demgemäß werden die Abstandsdaten zwischen der Schneidspitzenposition des Löffels 11 und der Zielgrabgeländeform erfasst.
Die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55 bestimmt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr des Löffels 11 basierend auf den Abstandsdaten (Schritt SP4). Wie oben unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, sind die Kartierungsdaten, die eine Beziehung zwischen dem Abstand d und der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr angeben, in der Speichereinheit 61 gespeichert. Die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55 bestimmt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr als Reaktion auf den Abstand d basierend auf den Abstandsdaten, die durch die Abstandserfassungseinheit 54 erfasst werden, und der in der Speichereinheit 61 gespeicherten Kartierungsdaten.
Die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57 berechnet die Auslegerzielgeschwindigkeit Vb für die Niveauregelungssteuerung basierend auf der durch die Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit 55 bestimmten Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr und mindestens einem von Armbedienbetrag und Löffelbedienbetrag, die durch die Bedienbetragserfassungseinheit 56 erfasst werden (Schritt SP5).
Wie in 11 erläutert, wird die bestimmte Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr zu der Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va addiert, die der als Reaktion auf den Armbedienbetrag und den Löffelbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 eingestellten Schneidspitzengeschwindigkeit Vs entgegenwirkt. Genauer gesagt, wird die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr zu der ersten Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1 addiert, die der Schneidspitzengeschwindigkeit Vs1 entgegenwirkt, die als Reaktion auf den Löffelbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 eingestellt wird, und zu der zweiten Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2 addiert, die der Schneidspitzengeschwindigkeit Vs2 entgegenwirkt, die als Reaktion auf den Armbedienbetrag der Bedienvorrichtung 40 eingestellt wird. Die erste Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1 und die zweite Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2 haben negative Werte. Aus dem addierten Wert der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr werden die erste Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1, die zweite Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2 und die Auslegerzielgeschwindigkeit Vb berechnet.
Die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57 berechnet die Schneidspitzengeschwindigkeit Vs1, wenn der Löffel 11 durch den Löffelbedienbetrag von dem Löffelbedienbetrag zum Bedienen des Löffels 11 durch die Bedienvorrichtung 40 bedient wird. Wie oben beschrieben, wird, wenn die hydraulische Ölzufuhrmenge pro Zeiteinheit, die dem Löffelzylinder 21 von der Haupthydraulikpumpe 42 zugeführt wird, über das Richtungssteuerungsventil 41 eingestellt wird, die Löffelzylindergeschwindigkeit eingestellt. Die Löffelzylindergeschwindigkeit ist mit dem Bewegungsbetrag der Spule des Richtungssteuerungsventils 41 korreliert. Der Bewegungsbetrag der Spule des Richtungssteuerungsventils 41 ist mit dem hydraulischen Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B korreliert. Der hydraulische Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B ist durch die Bedienvorrichtung 40 mit dem Löffelbedienbetrag korreliert. Weiterhin wird der hydraulische Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B durch die Drucksensoren 46A und 46B nachgewiesen. Die Korrelationsdaten, die eine solche Korrelation angeben, werden im Voraus durch einen Vortest oder eine Simulation erhalten und in der Speichereinheit 61 gespeichert. Somit kann die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57 die Löffelzylindergeschwindigkeit aus den Detektionssignalen (PPC-Druck) der Drucksensoren 46A und 46B basierend auf den Detektionssignalen der Drucksensoren 46A und 46B des Löffelzylinders 21 und den in der Speichereinheit 61 gespeicherten Korrelationsdaten berechnen, und kann die Schneidspitzengeschwindigkeit Vs1 des Löffels 11 berechnen, wenn der Löffelzylinder 21 mit der Löffelzylindergeschwindigkeit basierend auf der Löffelzylindergeschwindigkeit angetrieben wird. Gleichermaßen kann die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57 die Armzylindergeschwindigkeit basierend auf den Detektionssignalen der Drucksensoren 46A und 46B des Armzylinders 22 und den in der Speichereinheit 61 gespeicherten Korrelationsdaten berechnen, und kann die Schneidspitzengeschwindigkeit Vs2 des Löffels 11 berechnen, wenn der Armzylinder 22 mit der Armzylindergeschwindigkeit basierend auf der Armzylindergeschwindigkeit angetrieben wird.
Die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 57 berechnet die erste Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1, die der Schneidspitzengeschwindigkeit Vs1 des Löffels 11 entgegenwirkt, wenn der Löffelzylinder 21 bei einer vorbestimmten Löffelzylindergeschwindigkeit angetrieben wird, und die zweite Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2, die der Schneidspitzengeschwindigkeit Vs2 des Löffels 11 entgegenwirkt, wenn der Armzylinder 22 bei einer vorbestimmten Armzylindergeschwindigkeit angetrieben wird. Die erste Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1 ist ein Wert, der verwendet wird, um die Schneidspitzengeschwindigkeit Vs1 des Löffels 11 zu verschieben, die durch Antreiben des Löffelzylinders 21 durch die Schneidspitzengeschwindigkeit Vs3 des Löffels 11 erzeugt wird, die durch Antreiben des Auslegerzylinders 23 erzeugt wird. Die zweite Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2 ist ein Wert, der zur Verschiebung der Schneidspitzengeschwindigkeit Vs2 des Löffels 11 verwendet wird, die durch Antreiben des Armzylinders 22 durch die Schneidspitzengeschwindigkeit Vs3 des Löffels 11 erzeugt wird, die durch Antreiben des Auslegerzylinders 23 erzeugt wird. Die Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 55 berechnet die Auslegerzielgeschwindigkeit Vb für die Niveauregelungssteuerung basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr, der ersten Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1, und der zweiten Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2.
Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet den Korrekturbetrag R der Auslegerzielgeschwindigkeit Vb basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d (Schritt SP6).
Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet den Korrekturbetrag R basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d von dem Zeitpunkt (vergangener Zeitpunkt), bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird, bis zum aktuellen Zeitpunkt und kompensiert die Auslegerzielgeschwindigkeit Vb durch Integration.
Der Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird, ist ein Zeitpunkt, bei dem ein Befehl zum Wählen eines Steuermodus, so dass der Maschinenführer den Grabbetrieb startet, an die Steuervorrichtung 50 über eine Modusselektionseinheit (nicht erläutert) übertragen wird und das Steuersignal startet, um von der Steuervorrichtung 50 an das Steuerventil 45C ausgegeben zu werden. In der Niveauregelungssteuerung wird der Ausleger 13 angehoben, so dass die Schneidspitze 10 in der gleichen Position wie die Zielgrabgeländeform angeordnet ist, von dem Zustand, in dem die Schneidspitze 10 die Zielgrabgeländeform ausgräbt. Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet den Korrekturbetrag R basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d von dem vergangenen Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird, bis zum aktuellen Zeitpunkt, bei dem die Schneidspitze 10 an der Zielgrabgeländeform angeordnet ist.
Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnet die Obergrenze A des Korrekturbetrags R basierend auf dem Abstand d zum aktuellen Zeitpunkt (Schritt SP7). In der Ausführungsform berechnet die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 die Obergrenze A des Korrekturbetrags R basierend auf der vom Abstand d zum aktuellen Zeitpunkt bestimmten Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr.
In der Ausführungsform wird die Obergrenze A basierend auf der folgenden Gleichung (1) bestimmt. $A=a \times Vr+s$
In Gleichung (1), gibt A die Obergrenze des Korrekturbetrags R an, Vr gibt die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit an, a gibt den Koeffizienten an, und S gibt den Abweichungsbetrag an. Der Abweichungsbetrag S wird willkürlich bestimmt. Wie in Gleichung (1) angegeben, sind die Obergrenze A und die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr proportional zueinander. Wenn die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr abnimmt, nimmt die Obergrenze A ab. Weiterhin wird die Obergrenze A des Korrekturbetrags R geändert, wenn der Abweichungsbetrag S geändert wird. Wenn der Abweichungsbetrag S abnimmt, nimmt die Obergrenze A ab, und daher kommt es zu einer strengen Begrenzung des Korrekturbetrags R. Wenn der Abweichungsbetrag S zunimmt, nimmt die Obergrenze A zu, und daher kommt es zu einer moderaten Begrenzung des Korrekturbetrags R.
Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 führt ein Korrekturbegrenzungsverfahren zur Begrenzung des Korrekturbetrags R durch, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 unter Verwendung der berechneten Obergrenze A berechnet wird (Schritt SP8).
Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 vergleicht den durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechneten Korrekturbetrag R mit der durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze A und gibt die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze A als Korrekturbetrag R zum Korrigieren der Auslegerzielgeschwindigkeit Vb an die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 aus, wenn der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnete Korrekturbetrag R größer ist als die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze A, und gibt den durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechneten Korrekturbetrag R als Korrekturbetrag R zum Korrigieren der Auslegerzielgeschwindigkeit Vb an die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 aus, wenn der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnete Korrekturbetrag R gleich oder kleiner ist als die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze A.
Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 führt ein Korrekturverfahren zur Korrektur (Kompensation durch Integration) der Auslegerzielgeschwindigkeit Vr durch, die in Schritt SP5 unter Verwendung des im Korrekturbetragsbegrenzungsverfahren von Schritt SP8 (Schritt SP9) verwendeten Korrekturbetrags Rs berechnet wird.
Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 gibt das Befehlssignal zur Durchführung der Niveauregelungssteuerung an Auslegerzylinder 23 zum Steuerventil 45C basierend auf der korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit Vb (Schritt SP10) aus. Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 gibt das Befehlssignal zur Steuerung des Auslegerzylinders 23 basierend auf der Obergrenze A aus, die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnet wird, wenn der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnete Korrekturbetrag R größer ist als die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze A . Die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 gibt das Befehlssignal zur Steuerung des Auslegerzylinders 23 basierend auf dem Korrekturbetrag R aus, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet wird, wenn der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnete Korrekturbetrag R gleich oder kleiner ist als die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 berechnete Obergrenze A .
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein Vergleichsbeispiel wird beschrieben. In der Steuervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel wird das Korrekturbetragsbegrenzungsverfahren nicht durchgeführt. In dem Vergleichsbeispiel wird der Korrekturbetrag R direkt ausgegeben und zur Auslegerzielgeschwindigkeit Vb addiert.
12 ist ein Graph und erläutert einen Betrieb, wenn der Bagger 100 durch das Steuerungsverfahren gemäß Vergleichsbeispiel gesteuert wird. 12(A) erläutert eine Beziehung zwischen dem Abstand d und der verstrichenen Zeit t von dem Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird. In 12(A) gibt die horizontale Achse die verstrichene Zeit t an, und die vertikale Achse gibt den Abstand d an. 12(B) erläutert eine Beziehung der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr und des Korrekturbetrags R mit Bezug auf die verstrichene Zeit t von dem Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird. In 12(B) gibt die horizontale Achse die verstrichene Zeit t an, und die vertikale Achse gibt die Geschwindigkeit an.
In 12(A) stimmt die Schneidspitzenposition Pb mit der Zielgrabgeländeform überein, wenn der Abstand d „0“ ist. Wenn der Abstand d einen positiven Wert hat, wird die Schneidspitze 10 von der Zielgrabgeländeform angehoben. Wenn der Abstand d einen negativen Wert hat, gräbt die Schneidspitze 10 die Zielgrabgeländeform aus. In der Niveauregelungssteuerung wird der Ausleger 13 angehoben, während der Auslegerzylinder 23 gesteuert wird, so dass die Schneidspitze 10 des Löffels 11 zur Zielgrabgeländeform von dem Zustand aus zurückkehrt, in dem die Zielgrabgeländeform von der Schneidspitze 10 des Löffels 11 ausgegraben wird.
In dem Steuersystem gemäß dem Vergleichsbeispiel wird die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr des Löffels 11 von dem Abstand d zwischen der aktuellen Schneidspitzenposition des Löffels 11 und der Zielgrabgeländeform bestimmt, und die bestimmte Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr und die Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va (die erste Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va1 und die zweite Schneidspitzengegengeschwindigkeit Va2), die der Schneidspitzengeschwindigkeit des Löffels 11 als Reaktion auf den Armbedienbetrag entgegenwirkt, und der Löffelbedienbetrag werden durch den Maschinenführer subtrahiert, so dass der Auslegerzielgeschwindigkeit Vr berechnet wird. Der Korrekturbetrag R wird basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d (entsprechend einem Teil, der durch die diagonale Linie M in 12(A) angegeben ist) von dem Zeitpunkt berechnet, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird und die Schneidspitze 10 die Zielgrabgeländeform ausgräbt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Schneidspitze zur Zielgrabgeländeform zurückkehrt. Die Auslegerzielgeschwindigkeit Vr wird (kompensiert durch Integration) unter Verwendung des berechneten Korrekturbetrags R korrigiert, und das Steuersignal zur Steuerung des Auslegerzylinders 23 basierend auf der Auslegerzielgeschwindigkeit Vr kompensiert durch Integration wird ausgegeben.
Wie in 12(A) erläutert, wird sogar in der Niveauregelungssteuerung unter Verwendung der Kompensation durch Integration gemäß dem Vergleichsbeispiel, der Auslegerzylinder 23 gesteuert, so dass der Ausleger 13 angehoben wird, wenn die Schneidspitze 10 des Löffels 11 die Zielgrabgeländeform ausgräbt.
In Bagger 100 existieren ein Zeitverzug in der Reaktionsfähigkeit des Auslegerzylinders 23 mit Bezug auf das Befehlssignal zur Steuerung des Auslegerzylinders 23 auf Grund einer Zunahme im Gewicht des Arbeitsgeräts 1, ein Verzug in der Reaktionsfähigkeit des hydraulischen Drucks oder Hysterese, die erzeugt wird, wenn eine hydraulische Antriebseinheit angetrieben wird. Aus diesem Grund nimmt in einem Fall, wobei der Ausleger 13 durch die Niveauregelungssteuerung angehoben wird, so dass die Schneidspitze 10 des Löffels 11 zur Zielgrabgeländeform von dem Zustand aus zurückkehrt, in dem die Schneidspitze die Zielgrabgeländeform ausgräbt, wenn die Zeit T (siehe 12(A)), in der die Schneidspitze 10 des Löffels 11 die Zielgrabgeländeform ausgräbt, lang ist, der Korrekturbetrag R übermäßig stark zu (so dass er überkompensiert wird), wenn die Schneidspitze 10 des Löffels 11 zur Zielgrabgeländeform zurückkehrt, wie in 12(B) erläutert, und daher der Ausleger 13 auch dann kontinuierlich angehoben wird, wenn die Schneidspitze 10 angehoben wird. Als Ergebnis tritt, wie in 12(A) erläutert, eine Phänomen auf, in dem die Schneidspitze 10 des Löffels 11 sehr weit von der Zielgrabgeländeform getrennt (angehoben) ist. Folglich wird ein Teil, der nicht durch das Arbeitsgerät 1 ausgegraben wird, erzeugt, und daher wird der Niveauregelungsbetrieb in einem von der Zielgrabgeländeform verschiedenen Zustand durchgeführt.
[Betrieb und Auswirkung]
13 ist ein Graph und erläutert einen Betrieb, wenn der Bagger 100 durch das Steuerungsverfahren gemäß der Ausführungsform gesteuert wird. 13(A) erläutert eine Beziehung zwischen dem Abstand d und der verstrichenen Zeit t von dem Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird. In 13(A) gibt die horizontale Achse die verstrichene Zeit t an, und die vertikale Achse gibt den Abstand d an. 13(B) erläutert eine Beziehung der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr und des Korrekturbetrags Rs mit Bezug auf die verstrichene Zeit t von dem Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird. In 13(B) gibt die horizontale Achse die verstrichene Zeit t an, und die vertikale Achse gibt die Geschwindigkeit an.
In der Niveauregelungssteuerung hebt die Arbeitsgerät-Steuereinheit 60 den Ausleger 13 durch Steuern des Auslegerzylinders 23 an, so dass die Schneidspitze 10 des Löffels 11 zur Zielgrabgeländeform von dem Zustand aus zurückkehrt, in dem die Schneidspitze 10 des Löffels 11 die Zielgrabgeländeform ausgräbt.
Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 58 berechnet den Korrekturbetrag R basierend auf der Integration in der Zeit des Abstands d (entsprechend einem Teil, der durch die diagonale Linie M in 13(A) angegeben ist) von dem Zeitpunkt, bei dem die Niveauregelungssteuerung gestartet wird und die Schneidspitze 10 die Zielgrabgeländeform ausgräbt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Schneidspitze 10 durch den Hebebetrieb des Auslegers 13 zur Zielgrabgeländeform zurückkehrt. Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 begrenzt den Korrekturbetrag R im Hebebetrieb des Auslegers 13.
Da der Korrekturbetrag R im Hebebetrieb des Auslegers 13 begrenzt ist, wird eine Zunahme im Korrekturbetrag R unterdrückt, wie in 13(B) erläutert, auch wenn sich ein Zustand, in dem die Schneidspitze 10 des Löffels 11 die Zielgeländeform ausgräbt, zu einem Zustand ändert, in dem die Schneidspitze in der gleichen Position wie die Zielgrabgeländeform angeordnet ist, und daher wird die Überkompensation des Korrekturbetrags R verhindert. Da die Auslegerzielgeschwindigkeit Vb durch die Korrekturbetrag Rs korrigiert wird, der die Überkompensation davon verhindert, ist es möglich zu unterdrücken, dass die Schneidspitze 10 des Löffels 11 übermäßig stark von der Zielgrabgeländeform angehoben wird, wie in 13(A) erläutert, und daher den Hebebetrag zu reduzieren.
Auf diese Weise ist es gemäß der Ausführungsform, da der Korrekturbetrag R begrenzt ist, möglich, die Herabsetzung in der Grabungsgenauigkeit durch Verhindern zu unterdrücken, dass die Schneidspitze 10 angehoben wird, bis die Schneidspitze 10 des Löffels 11 zur Zielgrabgeländeform von dem Zustand zurückkehrt, in dem die Schneidspitze die Zielgrabgeländeform in der Niveauregelungssteuerung ausgräbt.
Weiterhin wird in der Ausführungsform, wie durch die Gleichung (1) angegeben, die Obergrenze A des Korrekturbetrags R berechnet, das Korrekturbetragsbegrenzungsverfahren des Korrekturbetrags R wird durchgeführt, so dass die Obergrenze A nicht überschritten wird, und daher wird der Korrekturbetrag Rs berechnet. Somit ist es möglich, eine strikte oder moderate Begrenzung für den Korrekturbetrag R nur durch Ändern der Obergrenze A durchzuführen.
Weiterhin sind, wie durch die Gleichung (1) angegeben, die Obergrenze A und die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr proportional zueinander. Weiterhin ist, wie oben unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr proportional zum Abstand d. Somit ist die Obergrenze A proportional zum Abstand d. In der Ausführungsform reduziert die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 die Obergrenze A des Korrekturbetrags R, wenn der Abstand d (die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr) zum aktuellen Zeitpunkt abnimmt. Demgemäß kann, da die Überkompensation unterdrückt wird, der Korrekturbetrag R ebenfalls Null sein, wenn der Abstand d (die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit Vr) zum aktuellen Zeitpunkt Null ist.
Wie durch die Gleichung (1) angegeben, ist es weiterhin möglich, eine strikte oder moderate Begrenzung für den Korrekturbetrag R einfach nur durch Ändern des Abweichungsbetrag S für die Obergrenze A problemlos durchzuführen.
[Weitere Ausführungsformen]
Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 kann die Obergrenze A des Korrekturbetrags R basierend auf dem Armbedienbetrag oder der Armgeschwindigkeit (Armzylindergeschwindigkeit) ändern. Zum Beispiel erhöht die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 die Obergrenze A, wenn der Armbedienbetrag oder die Armgeschwindigkeit abnimmt (zur moderaten Begrenzung), und reduziert die Obergrenze A, wenn der Armbedienbetrag oder die Armgeschwindigkeit zunimmt (zur strikten Begrenzung). Wenn der Arm 12 sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegt, wird das Anheben der Schneidspitze 10 in der Niveauregelungssteuerung auch dann unterdrückt, wenn der Korrekturbetrag R nicht begrenzt wird. Wenn der Arm 12 bei hoher Geschwindigkeit bewegt wird, kann das Anheben der Schneidspitze 10 in der Niveauregelungssteuerung unterdrückt werden, während der Korrekturbetrag R begrenzt wird.
Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 kann die Obergrenze A durch Ändern des durch die Gleichung (1) angegebenen Abweichungsbetrags S basierend auf dem Armbedienbetrag oder der Armgeschwindigkeit (Armzylindergeschwindigkeit) ändern.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Armzylindergeschwindigkeit mit dem hydraulischen Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B korreliert. Der hydraulische Pilotdruck der Ölkanäle 44A und 44B wird durch die Drucksensoren 46A und 46B nachgewiesen. Die Korrelationsdaten sind in der Speichereinheit 61 gespeichert. Die Detektionssignale der Drucksensoren 46A und 46B werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben. Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 kann den Armbedienbetrag oder die Armgeschwindigkeit (Armzylindergeschwindigkeit) basierend auf den Detektionssignalen der Drucksensoren 46A und 46B erfassen. Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 kann den Abweichungsbetrag S basierend auf den Detektionswerten des Drucksensoren 46A und 46B ändern.
14 ist ein Diagramm und erläutert eine Beziehung zwischen jeden der Detektionswerte der Drucksensoren 46A und 46B und dem Abweichungsbetrag S. Wie in 14 erläutert, wird ein großer Abweichungsbetrag S eingestellt, wenn die Detektionswerte der Drucksensoren 46A und 46B abnehmen (die Armzylindergeschwindigkeit abnimmt), und die Begrenzung wird moderat. Ein kleiner Abweichungsbetrag S wird eingestellt, wenn die Detektionswerte der Drucksensoren 46A und 46B zunehmen (die Armzylindergeschwindigkeit zunimmt), und die Begrenzung wird strikt. Die in 14 erläuterten Kartierungsdaten sind in der Speichereinheit 61 gespeichert. Die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 bestimmt den Abweichungsbetrag S als Reaktion auf die Armzylindergeschwindigkeit basierend auf den Detektionswerten der Drucksensoren 46A und 46B und den Kartierungsdaten der Speichereinheit 61.
Zudem kann die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 die Obergrenze A des Korrekturbetrags R basierend auf dem Gewicht des Löffels 11 ändern, wenn der Löffel 11, der mit der Arm 12 verbunden ist, ersetzt werden kann. Zum Beispiel erhöht die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit 59 die Obergrenze A, wenn das Gewicht des Löffels 11 abnimmt (zur moderaten Begrenzung), und reduziert die Obergrenze A, wenn das Gewicht des Löffels 11 zunimmt (zur strikten Begrenzung). Wenn das Gewicht des Löffels 11 kleiner ist, wird das Anheben der Schneidspitze 10 in der Niveauregelungssteuerung auch dann unterdrückt, wenn der Korrekturbetrag R nicht begrenzt ist. Wenn das Gewicht des Löffels 11 groß ist, kann das Anheben der Schneidspitze 10 in der Niveauregelungssteuerung unterdrückt werden, während der Korrekturbetrag R begrenzt wird.
Zudem ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Bedienvorrichtung 40 als hydraulische Pilotbedienvorrichtung eingestellt. Die Bedienvorrichtung 40 kann von einem elektrischen Typ sein. 15 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel einer elektrischen Bedienvorrichtung 40B. Wie in 15 erläutert, weist die Bedienvorrichtung 40B ein Bedienelement 400, das einem elektrischen Hebel entspricht, und einen Bedienbetragssensor 49, der den Bedienbetrag des Bedienelements 400 elektrisch detektiert, auf. Der Bedienbetragssensor 49 weist ein Potentiometer und einen Winkelmesser auf und detektiert den Neigungswinkel des geneigten Bedienelements 400. Das Detektionssignal des Bedienbetragssensors 49 wird an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben. Die Bedienbetragserfassungseinheit 56 der Steuervorrichtung 50 erfasst das Detektionssignal des Bedienbetragssensors 49 als Bedienbetrag. Die Steuervorrichtung 50 gibt ein Befehlssignal (elektrisches Signal) zum Antreiben des Richtungssteuerungsventils 41 basierend auf dem Detektionssignal des Bedienbetragssensors 49 aus. Das Richtungssteuerungsventil 41, das durch einen Aktor wie ein Solenoid betätigt wird, wird durch elektrische Energie betätigt. Das Befehlssignal wird von der Steuervorrichtung 50 an den Aktor des Richtungssteuerungsventils 41 ausgegeben. Der Aktor des Richtungssteuerungsventils 41 bewegt die Spule des Richtungssteuerungsventils 41 basierend auf dem von der Steuervorrichtung 50 ausgegebenen Befehlssignal.
Zudem weist, gleich der Bedienvorrichtung 40, die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben ist, die Bedienvorrichtung 40B ebenfalls einen rechten Schalthebel und einen linken Schalthebel auf. Wenn der rechte Schalthebel in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung betätigt wird, wird der Ausleger 13 abgesenkt und angehoben. Wenn der rechte Schalthebel in der linken und rechten Richtung (die Fahrzeugbreiterichtung) betätigt wird, führt der Löffel 11 den Grabbetrieb und den Kippbetrieb durch. Wenn der linke Schalthebel in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung betätigt wird, führt der Arm 12 den Kippbetrieb und den Grabbetrieb durch. Wenn der linke Schalthebel nach links und nach rechts betätigt wird, schwenkt der obere Schwenkkörper 2 nach links und rechts. Zudem kann, wenn der linke Schalthebel in Vorwärts-nach-rückwärts-Richtung betätigt wird, der obere Schwenkkörper 2 nach rechts und links schwenken. Dann wenn der linke Schalthebel in der linken und rechten Richtung betätigt wird, kann der Arm 12 den Kippbetrieb und den Grabbetrieb durchführen.
Zusätzlich erläutert 15 ein Beispiel, in dem der Armzylinder 22 durch die Bedienvorrichtung 40B betätigt wird. Das hydraulische Öl wird der kappenseitigen Ölkammer 20A des Armzylinders 22 über den Ölkanal 47A zugeführt, und das hydraulische Öl wird der stabseitigen Ölkammer 20B über den Ölkanal 47B zugeführt. Der Löffelzylinder 21 hat die gleiche Konfiguration wie der Armzylinder 22. In dem Auslegerzylinder 23 wird das hydraulische Öl der kappenseitigen Ölkammer 20A des Auslegerzylinders 23 über den Ölkanal 47B zugeführt, und das hydraulische Öl wird der stabseitigen Ölkammer 20B über den Ölkanal 47B zugeführt.
Zudem wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Niveauregelungssteuerung basierend auf dem lokalen Koordinatensystem durchgeführt. Die Niveauregelungssteuerung kann basierend auf dem Globalkoordinatensystem durchgeführt werden.
Zudem ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Bedienvorrichtung 40 in Bagger 100 vorgesehen. Die Bedienvorrichtung 40 kann an einem entfernten Ort getrennt von dem Bagger 100 vorgesehen sein, so dass der Bagger 100 fernbedient betrieben wird. Wenn das Arbeitsgerät 1 fernbedient betätigt wird, wird das Befehlssignal, das den Bedienbetrag des Arbeitsgeräts 1 angibt, aus der an einem entfernten Ort von Bagger 100 vorgesehenen Bedienvorrichtung 40 drahtlos übertragen. Die Bedienbetragserfassungseinheit 56 der Steuervorrichtung 50 erfasst das drahtlos übertragene Befehlssignal, das den Bedienbetrag angibt.
Zudem wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Bagger 100 durch die Betätigung der Bedienvorrichtung 40 durch den Maschinenführer betätigt. Die Steuervorrichtung 50 des Baggers 100 kann das Arbeitsgerät 1 basierend auf den Zielgrabgeländeformdaten trotz des Betriebs des Maschinenführers autonom steuern. Wenn das Arbeitsgerät 1 autonom gesteuert wird, werden die Bedienbetragsdaten zur autonomen Steuerung des Arbeitsgeräts 1 von beispielsweise einer Computeranlage, die an einem entfernten Ort vorgesehen ist, drahtlos übertragen. Die Bedienbetragserfassungseinheit 56 der Steuervorrichtung 50 erfasst die drahtlos übertragenen Bedienbetragsdaten.
Zudem ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Arbeitsmaschine 100 als Bagger 100 eingestellt. Die Steuervorrichtung 50 und das Steuerungsverfahren, die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben sind, können auf die gesamte Arbeitsmaschine einschließlich eines Arbeitsgeräts, das anders ist als Bagger 100, angewandt werden.
Bezugszeichenliste

1: ARBEITSGERÄT
2: FAHRZEUGKÖRPER (OBERER SCHWENKKÖRPER)
3: FAHRVORRICHTUNG (UNTERER FAHRKÖRPER)
4: FAHRERHAUS
4S: FAHRERSITZ
5: MASCHINENRAUM
6: HANDLAUF
7: RAUPENKETTE
10: SCHNEIDSPITZE
11: LÖFFEL
12: ARM
13: AUSLEGER
14: LÖFFELZYLINDERHUBSENSOR
15: ARMZYLINDERHUBSENSOR
16: AUSLEGERZYLINDERHUBSENSOR
20: HYDRAULIKZYLINDER
20A: KAPPENSEITIGE ÖLKAMMER
20B: STANGENSEITIGE ÖLKAMMER
21: LÖFFELZYLINDER
22: ARMZYLINDER
23: AUSLEGERZYLINDER
30: POSITIONSDETEKTOR
31: FAHRZEUGKÖRPERPOSITIONSDETEKTOR
31A: GPS-ANTENNE
32: STELLUNGSDETEKTOR
33: RICHTUNGSDETEKTOR
34: SCHNEIDSPITZENPOSITIONSDETEKTOR
40: BEDIENVORRICHTUNG
41: RICHTUNGSSTEUERVENTIL
42: HAUPTHYDRAULIKPUMPE
43: PILOTHYDRAULIKPUMPE
44A, 44B, 44C: ÖLKANAL
45A, 45B, 45C: STEUERVENTIL
46A, 46B: DRUCKSENSOR
47A, 47B: ÖLKANAL
48: WECHSELVENTIL
49: BEDIENBETRAGSSENSOR
50: STEUERVORRICHTUNG
51: FAHRZEUGKÖRPERPOSITIONSDATENERFASSUNGSEINHEIT
52: SCHNEIDSPITZEPOSITIONSDATENERFASSUNGSEINHEIT
53: ZIELGRABGELÄNDEFORMDATENERZEUGUNGSEINHEIT
54: ABSTANDSERFASSUNGSEINHEIT
55: SCHNEIDSPITZENZIELGESCHWINDIGKEITSBESTIMMUNGSEINHEIT
56: BEDIENBETRAGSERFASSUNGSEINHEIT
57: AUSLEGERZIELGESCHWINDIGKEITSBERECHNUNGSEINHEIT
58: KORREKTURBETRAGSBERECHNUNGSEINHEIT
59: KORREKTURBETRAGSBEGRENZUNGSEINHEIT
60: ARBEITSGERÄTSTEUEREINHEIT
61: SPEICHEREINHEIT
62: EINGABE/AUSGABE-EINHEIT
70: ZIELKONSTRUKTIONSDATENERZEUGUNGSVORRICHTUNG
100: BAGGER
200: STEUERSYSTEM
300: HYDRAULIKSYSTEM
AX1: ROTATIONSACHSE
AX2: ROTATIONSACHSE
AX3: ROTATIONSACHSE
L11: LÄNGE
L12: LÄNGE
L13: LÄNGE
Pb: ABSOLUTE POSITION VON SCHNEIDSPITZE
Pg: ABSOLUTE POSITION VON FAHRZEUGKÖRPER
RX: SCHWENKACHSE
θ11: NEIGUNGSWINKEL
θ12: NEIGUNGSWINKEL
θ13: NEIGUNGSWINKEL

Claims

Arbeitsmaschinensteuervorrichtung für eine Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät mit einem Ausleger, einem Arm und einem Löffel umfasst, umfassend: eine Abstandserfassungseinheit, die Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform erfasst; eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit, die eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten bestimmt; eine Bedienbetragserfassungseinheit, die einen Bedienbetrag zum Bedienen des Arbeitsgeräts erfasst; eine Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag, die durch die Bedienbetragserfassungseinheit erfasst werden, berechnet; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit, die einen Korrekturbetrag der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstands zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform berechnet; eine Korrekturbetragsbegrenzungseinheit, die den Korrekturbetrag basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform begrenzt; und eine Arbeitsgerät-Steuereinheit, die einen Befehl zum Antreiben eines Auslegerzylinders ausgibt, der den Ausleger basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit antreibt.
Arbeitsmaschinensteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Arbeitsgerät-Steuereinheit einen Befehl zum Antreiben des Auslegerzylinders ausgibt, um den Ausleger anzuheben, so dass eine Schneidspitze des Löffels zur Zielgrabgeländeform von einem Zustand zurückkehrt, in dem die Zielgrabgeländeform durch die Schneidspitze des Löffels ausgegraben wird, und wobei die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit den Korrekturbetrag in einem Hebebetrieb des Auslegers begrenzt.
Arbeitsmaschinensteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit eine Obergrenze des Korrekturbetrags basierend auf dem Abstand berechnet, und wobei die Arbeitsgerät-Steuereinheit den Befehl zum Antreiben des Auslegerzylinders basierend auf der Obergrenze ausgibt, wenn der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit berechnete Korrekturbetrag größer ist als die durch die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit berechnete Obergrenze, und den Befehl zum Antreiben des Auslegerzylinders basierend auf dem Korrekturbetrag ausgibt, wenn der Korrekturbetrag gleich oder kleiner ist als die Obergrenze.
Arbeitsmaschinensteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit eine Obergrenze des Korrekturbetrags reduziert, wenn der Abstand abnimmt.
Arbeitsmaschinensteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit eine Obergrenze des Korrekturbetrags basierend auf dem Armbedienbetrag oder einer Geschwindigkeit des Arms ändert.
Arbeitsmaschinensteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit eine Obergrenze des Korrekturbetrags basierend auf einem Gewicht des Löffels ändert.
Arbeitsmaschinensteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Korrekturbetragsbegrenzungseinheit eine Obergrenze des Korrekturbetrags basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit berechnet, und wobei die Obergrenze abnimmt, wenn die Schneidspitzenzielgeschwindigkeit abnimmt.
Arbeitsmaschine, umfassend: ein Arbeitsgerät, das einen Ausleger, einen Arm und einen Löffel aufweist; einen Auslegerzylinder, der den Ausleger antreibt; einen Armzylinder, der den Arm antreibt; einen Löffelzylinder, der den Löffel antreibt; einen oberen Schwenkkörper, der das Arbeitsgerät trägt; einen unteren Fahrköper, der den oberen Schwenkkörper trägt; und eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist eine Abstandserfassungseinheit, die Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform erfasst, eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeitsbestimmungseinheit, die eine Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten bestimmt, eine Bedienbetragserfassungseinheit, die einen Bedienbetrag zum Bedienen des Arbeitsgeräts erfasst, eine Auslegerzielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag, die durch die Bedienbetragserfassungseinheit erfasst werden, berechnet, eine Korrekturbetragsberechnungseinheit, die einen Korrekturbetrag der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstands zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform berechnet, eine Korrekturbetragsbegrenzungseinheit, die den Korrekturbetrag basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform begrenzt, und eine Arbeitsgerät-Steuereinheit, die einen Befehl zum Antreiben des Auslegerzylinders basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit ausgibt.
Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die ein Arbeitsgerät mit einem Ausleger, einem Arm und einem Löffel umfasst, das folgendes aufweist: Erfassen von Abstandsdaten zwischen dem Löffel und einer Zielgrabgeländeform; Bestimmen einer Schneidspitzenzielgeschwindigkeit des Löffels basierend auf den Abstandsdaten; Berechnen einer Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf der Schneidspitzenzielgeschwindigkeit und mindestens einem von einem Armbedienbetrag und einem Löffelbedienbetrag; Berechnen eines Korrekturbetrags der Auslegerzielgeschwindigkeit basierend auf einer Integration in der Zeit eines Abstands zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform; Begrenzen des Korrekturbetrags basierend auf dem Abstand zwischen dem Löffel und der Zielgrabgeländeform; und Ausgeben eines Befehls zum Antreiben eines Auslegerzylinders, der den Ausleger basierend auf der durch den Korrekturbetrag korrigierten Auslegerzielgeschwindigkeit antreibt.