-
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine mobile Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 12.
-
Eine mobile Arbeitsmaschine, wie beispielsweise ein Bagger, ein Kran oder ein Stapler, hat einen im Raum positionierbaren Arbeitspunkt. Dieser ist beispielsweise ein charakteristischer Punkt an einem Arbeitsgerät, beispielsweise eine Spitze eines Grabgefäßes, eines Greifers, Hammers oder einer Gabel oder im Falle eines Krans ein Aufhängepunkt für ein Transportgut. Der Arbeitspunkt befindet sich dabei am Ende eines Segments oder einer Reihe oder Kette mehrgelenkig verbundener, starrer Segmente, das oder die von Aktoren angelenkt und somit in ihrer Position verstellbar ist oder sind.
-
Der räumlichen Bewegung und Positionierung kommt eine große Bedeutung zu, sodass Benutzerschnittstellen (HMI) hierfür möglichst intuitiv bedienbar sein sollten. Gebräuchlich sind Joysticks, also Griffelemente, die mehrachsig in rotatorischen Freiheitsgraden verschwenkbar sind.
-
Beim Bagger sind beispielsweise vier Bewegungsfreiheitsgrade von über Aktoren angelenkten Segmenten des Baggers - dem Ausleger, dem Stiel, dem Löffel und dem Drehwerk - vier Freiheitsgrade von zwei Joysticks zugeordnet. Mit jeder Joystick-Auslenkung wird einem zugeordneten Aktor, der das jeweilige Segment anlenkt, eine Soll-Geschwindigkeit vorgegeben. Beispielsweise wird einer Auslenkung des Ausleger-Joysticks als Soll-Geschwindigkeit des Auslegeraktors, -zylinders interpretiert. Von einer Maschinensteuerung wird demgemäß eine Ansteuerung des Aktors realisiert, so dass es zur gewünschten Bewegung des Aktors kommt. Die Synchronisation von parallelen Bewegungen der Aktoren, die in der gewünschten Bewegung des Arbeitspunktes zum Graben oder Planieren resultiert, ist bei manuell angesteuerten Maschinen allein vom Bedienpersonal zu erbringen, was sehr hohe Anforderungen stellt und wenig intuitiv ist.
-
Eine für das Bedienpersonal weniger fordernde Steuerung stellt die Koordinatensteuerung oder Arbeitspunkt (TCP)-Steuerung oder -Regelung dar. Hier erfolgt über die Auslenkungen des Griffelements die direkte Vorgabe einer Bewegung des Arbeitspunktes. Die Maschinensteuerung errechnet aus den Auslenkungen die vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit und -Richtung des Arbeitspunktes und daraus die erforderliche synchronisierte Ansteuerung der Aktoren. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus „Robotics - Modelling, Planning and Control“ - L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, B. Siciliano, 2009 bekannt.
-
Eine typische Arbeitsaufgabe ist das Erstellen eines Planums, das heißt, es soll eine Fläche mit definiertem Böschungswinkel oder allgemein ausgedrückt, definierter Lage und Neige, erzeugt werden. Bei bestehenden Ansätzen erfolgt die Vorgabe eines Soll-Planums durch Vorgabe einer Soll-Bahn über ein Display. Das Planum wird dabei relativ zum Maschinen-Koordinatensystem oder, bei Vorhandensein eines GNSS-Positioniersystems, in Welt-Koordinaten definiert. Eine Assistenzfunktion kann den Arbeitspunkt auf das Soll-Planum regeln. Bei ihrer Aktivierung wird der Arbeitspunkt automatisiert aus seiner zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Position auf die zuvor eingestellte Soll-Bahn gebracht/geregelt.
-
Nachteilig hieran ist zum einen, dass die Einstellung basierend auf Koordinateneingabe wenig intuitiv und praktikabel ist, und zum anderen, dass sich der Arbeitspunkt BEIM Anfahren des Planums zumindest zeitweise in eine Richtung bewegt, die nicht vom Bedienpersonal explizit vorgegeben wurde, sondern allein unter Kontrolle der Assistenzfunktion erfolgt. Eine Unterscheidung, wann die Bewegung nun manuell verursacht erfolgt und wann die Assistenzfunktion eingreift, ist dann nicht klar ersichtlich. Das führt zum Eindruck des Kontrollverlustes.
-
Bei bekannten Umsetzungen dient ein interaktives Display der Vorgabe oder Einstellung des Soll-Planums und der Aktvierung oder Deaktivierung der Assistenzfunktion. Ein Wechsel zwischen manueller und teilautomatisierter Steuerung ist dabei nicht möglich, ohne im Display die Assistenzfunktion an-, beziehungsweise auszuschalten. Bei einer zu ändernden Position des Soll-Planums (es soll beispielsweise noch eine weitere Schicht abgetragen werden), ist eine erneute Änderung des Soll-Planums im Display erforderlich. Hierzu muss das Bedienpersonal die Hand vom Griffelement oder Joystick nehmen und die eingestellten Werte im Display modifizieren. Das Verhalten erschwert es, zwischen manuellem Betrieb und teilautomatisierter Steuerung zu wechseln, was ebenso als Kontrollverlust empfunden werden kann.
-
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Steuereinheit zu schaffen, über die ein Soll-Planum intuitiver einzustellen ist. Des Weiteren liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mobile Arbeitsmaschine zu schaffen, deren Soll-Planum intuitiver einzustellen ist und zuletzt soll ein Verfahren zur Steuerung einer mobilen Arbeitsmaschine geschaffen werden, über das ein Soll-Planum einer Arbeitsmaschine intuitiver einzustellen ist.
-
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die zweite durch eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und die letzte durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine Steuereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine weist wenigstens ein auslenkbares Griffelement zur manuellen Steuerung eines Arbeitspunktes der Arbeitsmaschine auf. Dabei ist eine Erfassungseinheit zur insbesondere fortwährenden Erfassung und/oder Ermittlung einer Position des Arbeitspunktes im Raum vorgesehen. Zudem hat die Steuereinheit eine Assistenzeinheit, an oder in der ein Soll-Planum einstellbar und insbesondere speicherbar ist. Die Assistenzeinheit dient der zumindest teilautomatisierten Steuerung einer Bewegung und/oder Positionierung des Arbeitspunktes entlang dem Soll-Planum. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass ein Punkt des Soll-Planums, insbesondere ein Start- oder Ankerpunkt, in Abhängigkeit einer erfassten Position des Arbeitspunktes einstellbar ist.
-
Die Kenntnis der Koordinaten des Punktes, insbesondere Start- oder Ankerpunktes, eines Soll-Planums, wie dies im Stand der Technik noch verlangt wird, ist somit nicht mehr erforderlich. Bedienpersonal kann stattdessen den Arbeitspunkt der Arbeitsmaschine mit dem Griffelement oder Joystick manuell auf einen gewünschten Punkt im Raum steuern und diesen dann als Start- oder Ankerpunkt des Soll-Planums definieren. Ausgehend von diesem Punkt erstreckt sich dann das Soll-Planum. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung erweist sich bei jeder Änderung des Soll-Planums - beispielsweise, wenn noch eine weitere Schicht abgetragen werden soll - als hilfreich. Es ist nämlich keine Änderung mehr des Punktes des Soll-Planums an einem externen Display erforderlich. Das Bedienpersonal kann stets die Hand am Griffelement behalten und den Punkt des Soll-Planums alleine durch Ansteuern eines neuen - beispielsweise tieferen - Punktes neu einstellen. Dabei ist natürlich zu beachten, dass ggf. noch die Neigung des Soll-Planums einzustellen ist, was weiter unten erläutert wird.
-
Die Steuereinheit ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass auch bei Ausfall der Erfassungseinheit oder der Assistenzeinheit jederzeit manuell gearbeitet werden kann.
-
Der Arbeitspunkt ist vorzugsweise ein charakteristischer Punkt eines Arbeitswerkzeugs der Arbeitsmaschine. Diese ist insbesondere ein Raupenbagger, Mobilbagger, Minibagger, Miningbagger, Backhoe-Loader, LKW-Ladekran oder eine Betonpumpe.
-
Das Griffelement ist vorzugsweise in mehreren, insbesondere drei oder vier, Freiheitsgraden auslenkbar. Es ist vorzugsweise als Joystick ausgestaltet. Mehrere Griffelemente können vorgesehen sein, insbesondere zwei, eines für jede Bedien-Hand.
-
Auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ist die Einstellung des Punktes möglich, wenn in einer Weiterbildung ein Betätigungselement vorgesehen ist, über das der Punkt in Abhängigkeit der erfassten Position einstellbar ist.
-
Dabei ist in einer Weiterbildung über die Betätigung des Betätigungselementes dem Punkt die erfasste Position zuordenbar. Die Zuordnung ist in einer Weiterbildung mit oder ohne einen Offset möglich. In einer Weiterbildung ist der Offset in der Assistenzeinheit voreinstellbar, also als Default ablegbar.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung kann über diese Betätigung zudem die zumindest teilautomatisierte Steuerung aktiviert werden.
-
Damit die teilautomatisierte Steuerung ansonsten - also bei nicht Betätigung - deaktiviert ist, hat das Betätigungselement in einer Weiterbildung eine unbetätigte Grundstellung, in die es vorgespannt oder -eingestellt ist.
-
Besonders ergonomisch und effizient ist die Einstellung des Punktes, oder ergänzend die Aktivierung der teilautomatisierten Steuerung, wenn in einer Weiterbildung das Betätigungselement an dem Griffelement tastbar angeordnet ist, insbesondere unter Beibehaltung einer bestimmungsgemäßen Greifhaltung. So ist ein schneller und einfacher Wechsel zwischen manueller und teilautomatisierter oder assistierter Steuerung durch Betätigen und Loslassen des Betätigungselements möglich, ohne den Griff vom Griffelement lösen zu müssen.
-
Das Betätigungselement kann beispielsweise als Sensorfeld oder als Taster, Schalter, Rad oder dergleichen ausgestaltet sein.
-
In einer Weiterbildung hat die Steuereinheit eine an dem Griffelement angeordnete oder eine davon gesondert angeordnete Schnittstelle, über die wenigstens eine Neigung des Soll-Planums einstellbar ist. Nach Einstellung der wenigstens einen Neigung ist das Soll-Planum in jedem Falle vollständig eingestellt oder definiert.
-
Alternativ oder ergänzend ist die Assistenzeinheit ausgestaltet, dass insbesondere über die Schnittstelle, eine Standardneigung im Sinne eines Defaults voreinstellbar ist.
-
Um die Neigung wunschgemäß einstellen zu können, kann die Schnittstelle als ein graduell oder stetig verstellbares Betätigungselement oder Touchelement ausgebildet sein.
-
Insbesondere kann die Schnittstelle als am Griffelement, unter Beibehaltung der Greifposition, tastbar angeordnetes oder als separat angeordnetes Rad oder angeordneter Roller ausgestaltet sein.
-
Vorzugsweise hat die Assistenzeinheit ein Display, insbesondere ein Touchdisplay mit der zuletzt genannten Schnittstelle, über das das Soll-Planum, insbesondere dessen räumliche Anordnung und Neigung, dem Bedienpersonal zur Ansicht und/oder zur Änderung anzeigbar sind. So hat das Bedienpersonal die volle Kontrolle über das aktuell eingestellte Soll-Planum.
-
Die zumindest teilautomatisierte Steuerung entlang dem Soll-Planum, in anderen Worten die Assistenzfunktion, ist vorzugsweise nur dann aktivierbar, wenn, wie oben erwähnt, das Betätigungselement betätigt wird.
-
Insbesondere ist der Wechsel zur teilautomatisierten Steuerung nur dann möglich, wenn dazu ein Sicherheitskriterium erfüllt ist. Dieses ist insbesondere eine von der Erfassungseinheit erfasste Neutralstellung des Griffelements, in der es keinerlei Auslenkung aufweist. Nach Loslassen des Betätigungselements steht jederzeit die rein manuelle Steuerung zur Verfügung.
-
In einer Weiterbildung ist eine Geschwindigkeit des Arbeitspunktes entlang dem Soll-Planum mittels erfassten Auslenkungen des Griffelements steuerbar.
-
In einer Weiterbildung ist die Assistenzeinheit hierfür derart ausgestaltet, dass über sie eine über das Griffelement gemäß dessen Auslenkungen angeforderte Geschwindigkeit des Arbeitspunktes in einen Geschwindigkeitsvektor des Arbeitspunktes entlang dem eingestellten Soll-Planum umrechenbar ist, und dass über sie in Abhängigkeit davon ein Aktor oder Aktoren der Arbeitsmaschine, von dem oder denen der Arbeitspunkt mittelbar oder unmittelbar anlenkbar ist, ansteuerbar ist oder sind.
-
Um eine Abweichung des Arbeitspunktes vom Soll-Planum zu minimieren, ist eine Positionsregelung in der Assistenzeinheit oder einer anderen, mit der Assistenzeinheit signalverbundenen Maschinensteuerung der Steuereinheit oder der Arbeitsmaschine, vorgesehen.
-
Eine Bahn des Arbeitspunktes entlang dem Soll-Planum resultiert insbesondere aus dem zuvor eingestellten Punkt und einer Integration des durch Auslenkung des Griffelements angeforderten Geschwindigkeitsvektors.
-
Eine mobile Arbeitsmaschine hat einen von wenigstens einem Aktor mittel- oder unmittelbar angelenkten Arbeitspunkt und eine Steuereinheit, die gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgebildet ist.
-
Der wenigstens eine Aktor ist vorzugsweise hydrostatisch, insbesondere ein Hydrozylinder. Alternativ oder ergänzend ist eine elektrische Bauweise des Aktors möglich. Mischformen unterschiedlicher Aktoren, hydrostatischer, elektrisch oder anderweitiger Bauweise, sind möglich.
-
In einer Weiterbildung hat die Arbeitsmaschine eine Maschinensteuerung, die wahlweise unmittelbar mit dem Griffelement oder über die Assistenzeinheit mit dem Griffelement signalverbindbar oder signalverbunden ist. Von der Maschinensteuerung ist der wenigstens eine Aktor in Abhängigkeit von Auslenkungen des Griffelements und von einer Betätigung des Betätigungselements ansteuerbar. Dabei sind Eingangssignale der Maschinensteuerung bei der Betätigung des Betätigungselementes, also bei aktivierter teilautomatischer Steuerung, von der Assistenzeinheit abhängig. Bei nicht vorliegender Betätigung sind die Eingangssignale direkt vom Griffelement abhängig, ohne dass die Assistenzeinheit Einfluss nimmt.
-
In einer Weiterbildung ist die Assistenzeinheit von der Maschinensteuerung modular abgegrenzt. Diese Strukturierung ermöglicht es, herkömmliche Arbeitsmaschinen auf einfache Weise um die erfindungsgemäß Steuereinheit zu ergänzen, also umzurüsten.
-
Die Maschinensteuerung kann alternativ Teil der Steuereinheit sein.
-
Ein Verfahren zur manuellen und zur zumindest teilautomatisierten Steuerung eines Arbeitspunktes einer mobilen Arbeitsmaschine, die gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist, entlang einem einstellbaren Soll-Planum hat Schritte „Einstellen des Soll-Planums“ und „Zumindest teilautomatisiertes Steuern des Arbeitspunktes (TCP) entlang dem Soll-Planum“. Erfindungsgemäß weist der Schritt „Einstellen des Soll-Planums“ ein „Ansteuern und Erfassen einer Position des Arbeitspunktes (TCP)“, mittels dem Griffelement und der Erfassungseinheit, und ein „Einstellen eines Punktes des Soll-Planums in Abhängigkeit der erfassten Position des Arbeitspunktes (TCP)“ auf.
-
Die Vorteile eines derartigen Vorgehens wurden bereits ausführlich im Zuge der vorangegangenen Beschreibung der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuereinheit dargelegt. Letztgenannte ermöglicht insbesondere die Ausführung des Verfahrens. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren in der genannten Steuereinheit zur Ausführung gespeichert.
-
In einer Weiterbildung erfolgt der Schritt „Einstellen des Punktes des Soll-Planums in Abhängigkeit der erfassten Position des Arbeitspunktes (TCP)“ mittels Betätigen eines, insbesondere am Griffelement, insbesondere unter Beibehaltung einer bestimmungsgemäßen Greifhaltung tastbar angeordneten, Betätigungselements.
-
In einer Weiterbildung weist der Schritt „Einstellen des Soll-Planums“ einen Schritt „Einstellen einer Neigung des Soll-Planums“ auf. Insbesondere erfolgt dieser mittels einer am Griffelement oder davon gesondert angeordneten Schnittstelle der Steuereinheit.
-
In einer Weiterbiodung erfolgt ein Wechsel zwischen dem „Manuellen Steuern des Arbeitspunktes (TCP)“ und dem „Zumindest teilautomatisierten Steuern des Arbeitspunktes (TCP) entlang dem Soll-Planum“ durch Betätigen und Loslassen des Betätigungselementes.
-
Vorzugsweise weist das Verfahren eine Sicherheitsabfrage auf, dergemäß der Wechsel nur umsetzbar ist, wenn die Sicherheitsabfrage ergibt, dass Auslenkungen des Griffelements gleich null sind.
-
Im Folgenden werden ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, einer mobilen Arbeitsmaschine, sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine mit ihrem Arbeitspunkt und dessen Freiheitsgraden bei manueller Steuerung, gemäß einem Ausführungsbeispiel, in einer Seitenansicht,
- 2 die mobile Arbeitsmaschine gemäß 1 mit ihrem Arbeitspunkt und dessen Freiheitsgraden bei teilautomatisierter Steuerung, in einer Seitenansicht,
- 3 eine erfindungsgemäße Steuereinheit der mobilen Arbeitsmaschine gemäß 1 und 2, mit davon angesteuerten Aktoren in schematischer Darstellung,
- 4 eine Assistenzeinheit der Steuereinheit gemäß 3 in schematischer Darstellung, und
- 5 ein erfindungsgemäßes Verfahren.
-
Gemäß 1 ist eine mobile Arbeitsmaschine als Bagger 1 mit Unterwagen 2 ausgeführt, auf dem ein Oberwagen 4. An diesem setzt ein Ausleger 6 drehgelenkig an, der zusammen mit einem an ihm drehbar gelagert Stiel 8 einen Arbeitsarm des Baggers 1 bildet. An dessen Ende ist ein als Löffel 12 ausgebildetes Arbeitsgerät schwenkbar betätigbar gelagert. Eine Spitze des Löffels 12 stellt den Arbeitspunkt TCP der Arbeitsmaschine 1 dar.
-
Unterwagen 2, Oberwagen 4, Ausleger 6, Stiel 8 und das Arbeitsgerät des Löffels 12 bilden eine Kette von Segmenten, die vom jeweils vorherigen Segment ausgehend von einem Aktor angelenkt sind. So ist der Oberwagen 4 von einem am Unterwagen 2 angeordneten hydrostatischen Drehmotor (nicht dargestellt) drehend betätigbar. Der Ausleger 6 ist von einem am Oberwagen 4 ansetzenden, hydrostatischen Auslegerzylinder 14 schwenkend oder drehend betätigbar, der Stiel 8 ist von einem am Ausleger 6 ansetzenden, hydrostatischen Stielzylinder 16 schwenkend oder drehend betätigbar und der Löffel 12 ist über einen am Stiel 8 ansetzenden Löffelzylinder 18 über eine Schwinge und eine Koppel um eine Drehachse verschwenkbar betätigbar. Die Summe der Bewegungen der Segmente 4, 6, 8, 12 führt zur Bewegung des Arbeitspunktes TCP im dreidimensionalen Raum und ermöglicht dessen Positionierung darin. Zur Erfassung einer Ist-Position des Arbeitspunktes TCP ist am jeweiligen Segment 4, 6, 8, 12 ein Neigungssensor einer Erfassungseinheit (nicht dargestellt) vorgesehen. Alternativ oder ergänzend können Winkel und/oder Wegsensoren vorgesehen sein.
-
Eine Steuereinheit verarbeitet Signale von mindestens zwei der Sensoren zur Bestimmung der Position des Arbeitspunktes TCP und regelt dadurch mittels Berechnung notwendiger Zylinderverfahrwege einen jeweiligen Volumenstrom für die Hydraulikzylinder 14, 16, 18. So kann eine Ist-Position des Arbeitspunktes TCP gemäß manueller Sollwert-Vorgabe über ein auslenkbares Griffelement (Joystick) eingeregelt werden.
-
Gemäß 1 unten weist eine Steuereinheit der Arbeitsmaschine 1 zwei greifbare, ergonomisch ausgestaltete Griffelemente 26, 28 - im Folgenden Joysticks - auf, die jeweils einen Auflageabschnitt 30 für eine Bedienhand haben. Die Joysticks 26, 28 sind jeweils in zwei rotatorischen Freiheitsgraden, symbolisiert durch die Pfeile, verschwenkbar auslenkbar gelagert.
-
Gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel der Steuereinheit, bzw. der Arbeitsmaschine 1, ist wahlweise eine rein manuelle Steuerung des Arbeitspunktes TCP vorgesehen, die in 1 dargestellt ist. Dazu sind in der Steuereinheit Zuordnungen der Freiheitsgrade der Joysticks 26, 28 zu Bewegungen der Segmente 4, 6, 8, 12 wie folgt definiert:
- Ein Verschwenken des linken Joysticks 26 gemäß dem Pfeil nach unten, was ein Ziehen des Joysticks 26 hin zum Bedienpersonal repräsentiert, bewirkt ein Ausfahren des Stielzylinders 16 und damit ein Ziehen des Stiels 8 hin zum Oberwagen 4. Das Verschwenken des Joysticks 26 in entgegengesetzter Richtung bewirkt das Einfahren des Stielzylinders 16 und somit ein Drücken des Stiels weg vom Oberwagen 4.
- Ein Verschwenken des Joysticks 26 gemäß dem Pfeil nach links, bewirkt ein Drehen des Oberwagens 4, und mit ihm des Arbeitspunktes TCP, um eine Hochachse des Oberwagens 4 entgegen dem Uhrzeigersinn „nach links“, und umgekehrt.
-
Ein Verschwenken des rechten Joysticks 28 gemäß dem Pfeil nach unten, also hin zum Bedienpersonal (s.o.), bewirkt ein Ausfahren des Auslegerzylinders 14, und damit ein Heben des Auslegers 6. Das Verschwenken des Joysticks 28 in entgegengesetzter Richtung bewirkt das Einfahren des Auslegerzylinders 14 und ein Absenken des Auslegers 6.
-
Ein Verschwenken des rechten Joysticks 28 gemäß dem Pfeil nach links, bewirkt ein Ausfahren des Löffelzylinders 18 und damit ein Schließen des Löffels 12, und umgekehrt.
-
Der Arbeitspunkt TCP folgt kinematisch gekoppelt den Bewegungen der Segmente 4, 6, 8, 12.
-
Um Bewegungen des Arbeitspunktes entlang eines Soll-Planums 32 gemäß 2 zu vereinfachen, ist erfindungsgemäß in dem Ausführungsbeispiel der Steuereinheit, bzw. der Arbeitsmaschine 1, eine assistierte, teilautomatische Steuerung vorgesehen. Diese sorgt dafür, dass der Arbeitspunkt TCP stets, bis auf eine Ausnahme, auf das Soll-Planum 32 eingeregelt wird.
-
Diese Assistenzfunktion ist mittels einem im Bereich des Griffabschnitts 30 des linken Joysticks 26 tastbar angeordneten Betätigungselementes 31 aktivierbar und bei anhaltender Betätigung beibehaltbar. Für die teilautomatische Steuerung sind in der Steuereinheit den Auslenkungen der Joysticks 26, 28 überwiegend Bewegungen des Arbeitspunktes TCP entlang dem eingestellten Soll-Planum 32 definiert.
-
Unverändert zur manuellen Steuerung bewirkt auch bei teilautomatischer Steuerung ein Verschwenken des Joysticks 26 gemäß dem Pfeil nach links ein Drehen des Oberwagens 4, und mit ihm des Arbeitspunktes TCP, um eine Hochachse des Oberwagens 4 entgegen dem Uhrzeigersinn „nach links“, und umgekehrt. Dabei kann das Soll-Planum vom Arbeitspunkt TCP „verlassen“ werden.
-
Ein Verschwenken des linken Joysticks 26 gemäß dem Pfeil in 2 nach unten bewirkt ein Heranziehen des Arbeitspunktes TCP zum Oberwagen 4, und zwar auf dem Soll-Planum 32, genauer gesagt auf einer Bahn des Soll-Planums 32. Das Verschwenken des Joysticks 26 in entgegengesetzter Richtung bewirkt das Wegdrücken des Arbeitspunktes TCP vom Oberwagen 4 auf der Bahn. Die Auslenkung des Joysticks definiert dabei die Geschwindigkeit, mit der der Arbeitspunkt auf der Bahn gezogen oder gedrückt wird.
-
Über ein Verschwenken des rechten Joysticks 28 gemäß dem Pfeil nach unten, also hin zum Bedienpersonal (s.o.), wird ein vertikales Abheben des Arbeitspunktes TCP vom Soll-Planum 32 bewirkt, in entgegengesetzter Richtung erfolgt ein Absenken vom Soll-Planum 32 nach unten (also ins Erdreich hinein).
-
So ist ein manuelles Korrigieren der Arbeitspunktbewegung auch bei assistierter Steuerung möglich.
-
Ein Verschwenken des rechten Joysticks 28 gemäß dem Pfeil nach links, bewirkt ein Fixieren des Arbeitspunktes TCP auf der Bahn und ein Drehen des Löffels 12 um den Arbeitspunkt TCP, im dargestellten Drehsinn. Bei Verschwenkung nach rechts erfolgt dies mit entgegengesetztem Drehsinn.
-
3 zeigt die Arbeitsmaschine schematisiert dargestellt, mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit 34. Diese hat eine Erfassungseinheit 36 zur Erfassung der Positionen der oben Segmente 4, 6, 8, 12 oder der Aktoren Drehwerkantrieb, Hydrozylinder 14, 16, 18.
-
Die Steuereinheit 34 ist mit einer Maschinensteuerung 38 der Arbeitsmaschine 1 signalverbunden, von der in Abhängigkeit der oben beschriebenen Auslenkungen der Joysticks 26, 28, und ggf. der aktivierten, teilautomatisierten Steuerung mittels der Assistenzeinheit 40, die Aktoren angesteuert werden.
-
Weiterhin hat die Steuereinheit 34 als Ein- und Ausgabe-Schnittstelle ein Touchdisplay 42, an dem eine Neigung oder ein Planierwinkel des Soll-Planums 32 einstellbar ist, die oben beschriebene teilautomatische Steuerung nebengeordnet zum Betätigungselement 31 aktivierbar ist, eine Pitch-Kompensation aktivierbar ist und eine Skalierung einer Planiergeschwindigkeit einstellbar ist. Die vier genannten Einstellungen bzw. Aktivierungen sind über Signalverbindungen 44, 46, 48, 50 an die Assistenzeinheit 40 übergebbar. Die von der Erfassungseinheit 36 erfassten Positionen sind über die Signalverbindung 52 an die Assistenzeinheit 40 übergebbar. Die Assistenzeinheit 40 liefert an die Schnittstelle 42 als anzeigbare Informationen die Neigung/den Planierwinkel, die Position des Arbeitspunktes TCP, den Status (Aktivität ja/nein) der teilautomatischen Steuerung und generell deren Verfügbarkeit, beispielsweise in Abhängigkeit einer Sicherheitsabfrage, über die Signalverbindungen 54, 56, 58 und 60. Der Status (Aktivität ja/nein) der teilautomatischen Steuerung wird ebenso an die Maschinensteuerung 38 übergeben.
-
Die vom Bedienpersonal durch entsprechende Auslenkung der Joysticks 26, 28 vorgegebenen Geschwindigkeitsanforderungen werden über die Signalverbindung 62 unmittelbar an die Maschinensteuerung 38 und über die Signalverbindung 64 an die Assistenzeinheit 40 übergeben. Das Signal des Betätigungselementes 31 zur Aktivierung/Deaktivierung der teilautomatischen Steuerung wird über die Signalverbindung 66 an die Assistenzeinheit 40 übergeben.
-
Bei aktivierter teilautomatisierter Steuerung, also bei positiven Signal über den Eingang 66, wird die Signalverbindung 62 von der Maschinensteuerung 38 ignoriert und die Assistenzeinheit 40 ändert die Rohsignale der Signalverbindung 64 so ab, dass das eingestellte Soll-Planum 32 gemäß der anhand 2 beschriebenen Zuordnungen eingehalten werden kann. Hierzu werden über die Signalverbindung 62' die abgeänderten Signale an die Maschinensteuerung 38 übergeben.
-
4 zeigt die Assistenzeinheit 40 und ihre Funktionen in detaillierterer Darstellung.
-
Die Assistenzeinheit 40 hat einen Zustandskoordinator 68 mit den oben beschriebenen Signaleingängen Aktivierung der teilautomatischen Steuerung ja/nein 46, erfasste Position der Segmente oder Aktoren 52, erfasste Auslenkungen der Joysticks 64 und Betätigungselement 31 betätigt ja/nein 66. Zudem hat sie eine Assistenzeinrichtung 70 mit den genannten Signaleingängen 52, 64, 66, sowie den Signaleingängen der Pitch-Kompensation 48 und der Skalierung der Arbeitspunktgeschwindigkeit 50.
-
Der Zustandskoordinator 68 ermittelt aus den Eingängen 46, 52, 64, 66 einen Maschinenzustand, bestimmt eine Verfügbarkeit der teilautomatischen Steuerung und generiert Statusinformationen für das Bedienpersonal zur Anzeige auf der Schnittstelle 42 gemäß 3.
-
Die Assistenzeinrichtung 70 reinterpretiert aus den Eingängen 48, 50, 52, 64, 66 die Auslenkungen als gewünschte Bewegungen des Arbeitspunktes TCP entlang dem Soll-Planum, löst hierzu die differentielle inverse Kinematik der Arbeitsmaschine 1, berechnet dementsprechend Ansteuersignale für eine Vorsteuerung der Aktoren Drehwerk und Hydrozylinder 14, 16, 18 und regelt eine Abweichung des Arbeitspunktes TCP vom Soll-Planum 32, beruhend auf den erfassten Positionen und/oder Geschwindigkeiten der Aktoren und/oder Segmente, aus.
-
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 72 zur Steuerung der mobilen Arbeitsmaschine 1, unter der Maßgabe, dass zunächst ein Soll-Planum 32 eingestellt und in Folge planiert werden soll.
-
In einem ersten Schritt 74 steuert Bedienpersonal bei unbetätigtem Betätigungselement 31 den Arbeitspunkt TCP auf einen gewünschten Startpunkt des Soll-Planums 32 im Raum, wobei die Zuordnungen der Auslenkungen des Griffelements 30 zu den Bewegungen der Segmente 4, 6, 8, 12 gemäß 1 gelten. In einem zweiten Schritt 76 wird dieser Punkt durch einfaches Betätigen des Betätigungselements 31 als Start- oder Ankerpunkt des Soll-Planums 32 gesetzt. In einem dritten Schritt 78 kann die Neigung/der Planierwinkel des Soll-Planums eingestellt werden, entweder über eine Einstellung am Touch-Display 42 oder beispielsweise über eine an einem der Joysticks 26, 28 greifbar angeordnete Schnittstelle, beispielsweise einen Roller. Im einem vierten Schritt 80 beginnt das Bedienpersonal bei gehaltenem Betätigungselement 31 mit der teilautomatisierten, also assistierten, Planierung, wobei die Zuordnungen der Auslenkungen des Griffelements 30 zu den Bewegungen des Arbeitspunktes gemäß 2 gelten und die Assistenzeinheit gemäß den 3 und 4 wirksam ist. Zum Beenden der assistierten Steuerung wird einfach in einem fünften Schritt 82 das Betätigungselement 31 losgelassen.
-
Offenbart ist eine Steuereinheit mit einem auslenkbaren Griffelement zur manuellen und zur von einer Assistenzeinheit unterstützten, zumindest teilautomatischen Steuerung eines Arbeitspunktes einer Arbeitsmaschine entlang einer einstellbaren Soll-Fläche oder Soll-Bahn. Die Steuereinheit ist derart ausgestaltet, dass ein Punkt der Soll-Bahn oder -Fläche des Arbeitspunktes wie folgt einstellbar ist: manuelles Steuern des Arbeitspunktes auf den Punkt über das Griffelement, und in Folge, Manuelles Zuordnen dieses Punktes zu einer Soll-Bahn oder -Fläche.
-
Offenbart sind des Weiteren eine mobile Arbeitsmaschine mit einer derart gestalteten Steuereinheit und ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine.