WO1997046763A1 - Process and arrangement for controlling a sequence of movements in a moving construction machine - Google Patents

Process and arrangement for controlling a sequence of movements in a moving construction machine Download PDF

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WO1997046763A1
WO1997046763A1 PCT/DE1997/001026 DE9701026W WO9746763A1 WO 1997046763 A1 WO1997046763 A1 WO 1997046763A1 DE 9701026 W DE9701026 W DE 9701026W WO 9746763 A1 WO9746763 A1 WO 9746763A1
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movement
control
movements
sequence
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PCT/DE1997/001026
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Inventor
Uwe Wienkop
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/438—Memorising movements for repetition, e.g. play-back capability

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for optimal control of recurring similar movements in agricultural machines, such as. B. construction site vehicles such as excavators, or agricultural machines.
  • the problem underlying the invention therefore consists in specifying an improved method for controlling an agricultural machine. Furthermore, the invention should make it possible to work with the agricultural machine as energy-efficiently as possible.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that the place of action of the agricultural machine can be determined exactly by means of the global positioning system, by using the dimensions and the orientations of known attachments of the agricultural machine using the global position for precise referencing of the place of action can be used. Repetitive activities can be carried out in a particularly advantageous manner by using the method according to the invention with the aid of the global positioning and the precisely known place of action, in that control commands are planned once and in a second step the planned control commands are repeated, varying one step.
  • the variation of a control command preferably consists in the relocation of the place of action, or in the manual execution of a control command, since this relieves the operator in an optimal manner.
  • the individual control commands of the agricultural machine are taught in a particularly advantageous manner in that an operator demonstrates or executes these using the control device of the implement and the respective control commands are stored with the associated parameters.
  • CAD design data can also be used particularly advantageously for the input of the control commands into the agricultural machine by creating a model of this machine and bringing it into line with a model of the country to be worked or the construction site to be processed, so that Control command sequences can be created directly on the computer based on suitable models. This has the advantage that very expensive agricultural machines can often be used more efficiently, since the use of the machine itself is not necessary for the planning of the individual control command sequences.
  • each control command whether it is to be carried out manually or automatically.
  • an operator can determine which commands he is better able to carry out himself and thus can execute optimally and which commands he can leave to the automatic system.
  • channels can be excavated particularly advantageously, for example, by excavators, by increasing the depth of penetration of the bucket from movement to movement by a fixed amount in each case, or by, for example, a agricultural machine that travels a field in a meandering manner, for example in agriculture Spread seed, take into account an offset when turning, which corresponds for example to the width of the implement used.
  • This advantageously leads to a higher degree of automation and a single operator can control several such machines in some cases.
  • an agricultural machine according to the inventive method at two locations is particularly advantageous because, for example, by varying a parameter meters the first location can be varied, while for example the second location can be recorded using absolute world coordinates which result from the global positioning system.
  • This has the advantage that the agricultural machine, for example during excavation work, can approach a fixed depot point, for example a loading truck, and there, with a movement sequence valid at the second location, which here is the depot point, for example, the excavated earth Can charge truck.
  • this method also has advantages when used for agricultural machines, since, for example, seeds can be picked up at a fixed location and the current position at which the sowing process was interrupted is returned to.
  • a particular advantage is achieved by using the drive control method according to the invention, since most or all of the control commands for a movement sequence are known in advance and the motor and occasionally used hydraulic elements are controlled in accordance with the previously known power requirement for the individual movement sequences can be. This enables a particularly energy-efficient use of the agricultural machine, since less power is consumed by the agricultural machine through this adapted power control.
  • an arrangement for performing the method has means for global positioning, as well as means for controlling functional elements and means for inputting the control commands for these functional elements. In this way, the lowest possible technical effort a functional arrangement for performing the inventive method is provided.
  • the arrangement according to the invention particularly advantageously has means for power control of the drive means used, since this enables energy-saving control of the agricultural machine and thus reduces the fuel requirement of the implement.
  • the recurring control commands are particularly advantageous
  • Pressure requirement in case of hydraulic elements used is determined and exactly this pressure requirement is made available, since it saves fuel which is consumed by using the hydraulic pump.
  • the time required for a complex movement sequence is determined particularly advantageously and, depending on this time requirement and the control commands to be carried out, the performance characteristics of the motor and a hydraulic pump which may be necessary are adapted. In this way, superfluous power peaks which would arise with manual control are avoided and thus fuel is saved.
  • Figure 1 shows an example of a agricultural machine in the form of an excavator.
  • FIG. 2 gives an example of a agricultural machine to which a permissible work area has been assigned.
  • FIG. 3 gives an example of a movement sequence on two inclined planes.
  • FIG. 1 shows an implement AG in the form of an excavator. If excavators are mentioned in the following, this should not mean that the invention is only restricted to excavators. Other land-moving devices are also conceivable in connection with the invention, or the use of agricultural devices can thus be monitored.
  • the excavator AG shown in FIG. 1 has, for example, antennas AI and A2 with which data can be received from a global positioning system.
  • a control computer of the unit for example, the position of the excavator structure is determined to within a few centimeters.
  • axes 10 to 50 can be controlled separately by a control of the excavator. Suitable position sensors are provided on these axes, which allow the control to determine the exact position of the respective attachments AT.
  • excavator AG is to be used to excavate soil on a floor BO.
  • the axes 10 to 50 described allow any degree of freedom for this.
  • Variable parameters of the device should preferably be monitored for all degrees of freedom of the excavator, so that it is known at all times in what position the excavator is and which contour the attachment AT provided, for example, assumes. It can be said about attachments AT that they cannot generally be moved as desired, since they have kinematics given by their geometry. This kinematics is indicated here, for example, by the degrees of freedom on axes 10 to 30.
  • the control system can use the kinematics and on the basis of angle sensors or other measuring means, which are provided on the corresponding axes, to determine very easily which final geometry is assumed by the add-on part
  • a position of a most distant point, the far point can be determined, which is preferably to be monitored.
  • two such distant points are entered FP1 and FP2.
  • options are preferably exhausted, with which the position of a mobile vehicle, such as the working device AG, can be determined as precisely as possible.
  • a warning signal which is directed to the operator of the device can preferably be given and / or the movement of the device can be slowed down and then stopped completely, for example to avoid an accident.
  • the illustrated machine AG which can be, for example, an excavator or an agricultural machine, such as a tractor, for example, carries out an excavation in a trench, to which the bucket S must be positioned, for example, at point FP2.
  • the agricultural machine AG must assume 10 to 50 precisely defined positions with regard to its possible degrees of freedom. These positions are determined, for example, by angle encoders or by other sensors. These positions are preferably already entered when the control commands for learning the movement also saved for the digging process. In order to achieve a defined digging depth, the bucket, for example, has to immerse itself deeper and deeper into the channel as the excavated material is excavated.
  • the method according to the invention advantageously provides that, for example, the control commands which actuate the hydraulic cylinders 10, 20 and 30 are adapted accordingly, so that the point of action of the blade S is correspondingly lower in the ground. It is also conceivable that, as the channel excavation progresses, the excavator moves to the right or left according to the bucket width in order to start the digging process again at a new location.
  • the global positioning system via the antennas AI and A2 makes it possible to precisely determine the place of action of the shovel S and to predefine the parameters for the required control commands of the agricultural implement. It is also conceivable that after the bucket has been filled, the excavator or the agricultural machine automatically moves to the depot, the soil tilts there and automatically moves to a next working position.
  • agricultural machines are enabled to carry out such activities in a highly automated manner, such as, for example, channel excavation or slope pulling operations, as is required, for example, in the case of highway noise protection dams.
  • the invention is not only intended to be limited to such activities, since it can be applied to all conceivable land movement work.
  • the invention can also be used in areas of agriculture in which frequently recurring activities, such as, for example, spreading seeds or plowing or harrows or hay turning or similar activities are to be carried out.
  • frequently recurring activities such as, for example, spreading seeds or plowing or harrows or hay turning or similar activities are to be carried out.
  • FIG. 2 shows the working device AG from FIG. 1 in connection with a permissible working area AZU, whereby essential ones Parts of the implement are circumscribed by volume elements V10 to V70.
  • volume elements in the monitoring of the work area AZU makes it possible to simplify the computing effort for the calculations to be carried out, since it is not the real dimensions but rather approximated dimensions that have to be taken into account. In particular, only cuboids and simple volume blocks have to be expected.
  • the illustrated permissible working area AZU is shown here simplified as a cuboid or as a surface. However, any three-dimensional structures are also conceivable and predeterminable.
  • a permissible work area can be entered in the form of a teach-in method, in which an operator with the implement AG and attached parts travels through the entire work area, which is to be permitted afterwards, in one learning step and thereby Existing attachments moved so that they do not violate the desired limit of the work area.
  • the movements specified in this way can be stored by a control of the device, and during later operation when working with the device, these control positions can be compared with the control person's currently entered control positions.
  • learning about the current position of the working device AG plays a role, which is obtained via the global positioning system and is preferably stored in connection with every movement currently carried out.
  • the control can issue an alarm signal or cause the device to remain in the permissible working range AZU at any time with its bracket AT by the control automatically modifying control commands from the operator.
  • the permissible working area AZU can, for example, also be inversely specified, in that only obstacles which are to be avoided are explicitly marked.
  • the permissible work area AZU can preferably also be entered in such a way that data are available from an already existing CAD model of the work area. Constructions are conceivable here, for example tion data which an architect has already entered during the measurement of the terrain and in the construction of a building or excavation, which then only have to be communicated to the control of the device or supplied electronically.
  • the position and location of the device is determined by means of GPS receivers.
  • 7400Msi High precision GPS receiver for dynamic control systems.
  • the orientation of the implement can also be determined by comparing their positions.
  • the position inaccuracy of 2 cm results in angular errors of about 0.4 ° in large excavators, this inaccuracy can be taken into account when warning or correcting possible collisions.
  • the maximum inaccuracy can expand up to 12 cm at the tip of the bucket.
  • FIG. 3 shows two levels E1 and E2.
  • the agricultural machine AG is used, for example, at a location O10. From this location O10, for example with the help of a shovel, it carries out a smoothing work on level E2, in which case the attachment part of the excavator boom AT must be guided, for example, perpendicularly to the boundary of the plane El and parallel to the boundary of the plane E2.
  • the agricultural machine is intended to move along a direction 15 parallel to the slope and to smooth or excavate it or the like.
  • the effective location WO of the blade is matics de ⁇ mounted part AT and the available Pa ⁇ parameters that characterize the motion of the earth-working machine, and have been stored in learning the movement operation for the respective control commands, just referenced.
  • a control command to be carried out manually as part of the control command sequence can be determined, for example by prior determination, where the operator decides whether the agricultural machine AG travels to a location 020 at which, for example, the soil is unloaded can be. Afterwards, it can automatically return to the location at which it interrupted its work, since the location is known and preferably saved via the global positioning system before it is left.
  • the angle TAU describes the inclination of the plane E2 to the plane E1 and the angle PHI describes the vertical angle between the attachment AT of the implement and the plane E2.
  • the following parameters are preferably determined and used when using the method according to the invention:
  • the method is preferably carried out in two stages. In a first step, the movements of the agricultural machine to be repeated are prepared or the trajectories to be traversed are entered. In a second step, these movements are repeated, if necessary, in comparison with the world position for which the global positioning system is used.
  • the first step for teaching the individual movement sequence of the agricultural machine is preferably as follows:
  • the movement which is to be repeated automatically preferably has the option of carrying out each of the above sub-steps in the form of manual control by the operator or automatically.
  • the following recording forms can preferably be used for the movement sequence:
  • One application of the invention is, for example, to pile up the excavation at one point, as represented by point O20.
  • This location can be specified and the excavator or the land moving machine can move back to this location in this partial movement, which can also be approached, for example, by several control commands.
  • such a sequence of movements can also include coordinated turning of the excavator superstructure and possibly even automatic path planning for collision-free and fastest possible turning to the destination.
  • Approaching a point on a level is important for drawing embankments. Here it may be necessary to first approach a point on the embankment level that is as far away as possible, in order to then start to follow the straight line from here. It is preferably assumed here that the boom is aligned parallel to one of the plane boundaries.
  • the excavator operator should preferably have a suitable input device, such as B. a touch screen is available, with which he the necessary input, such as B. Location and dimensions of a level.
  • This parameterized recording preferably includes the recording of the excavator movements to be carried out later in real world coordinates, ie in addition to the actual movement sequence also the position at which this movement is to be carried out.
  • the invention preferably provides for individual partial movement steps to be carried out manually or automatically.
  • the excavator is controlled as before, while in the case of the automatic execution of partial movements, a computer in the excavator, that is, an electronic control, takes control, but the possibility of manual intervention at any time given to the operator.
  • a computer in the excavator that is, an electronic control
  • the execution of the partial movements which consists of an automatic sequence of the recorded control commands, depending on the recording mode, which takes place, for example, parameterized or non-parameterized, there are the following types of execution: 1. Automatic sequence of the control commands without adaptation to the Real world coordinates
  • a recorded movement sequence is preferably played again.
  • This z. B. can be a rotary movement when digging or an opening movement when emptying over a tipper.
  • An adjustment to a specified position is not necessary, just the repetition of movement. However, if such repetition of movement is desired at a certain point, this position is to be established in a previous step, preferably with an adaptation to the real world coordinates.
  • an automated movement step of the land movement machine can also be provided, which includes, for example, that the sequence of commands which is necessary to enable a movement to a specific point can be called up by an operator and it can only be entered in a recorded movement sequence this routine is imported and a coordinate in the form of world ordinates specifies which of the agricultural implements should approach.
  • each time the agricultural machine moves its current position and orientation is constantly required.
  • This information can be obtained using a GPS receiver.
  • the own commands are then continuously compared with the control commands known from the parameterized recording of the excavator movements, and the individual excavator axes can be controlled in such a coordinated manner that the desired movements are carried out in the correct manner
  • the current coordinate which results from the global positioning system is also compared to a respective control command which has been recorded.
  • the execution of these control commands also remains correct if, for. B. the agricultural machine drives a little further, or sags on soft ground.
  • the sequence of the control commands with the one-time entry of the embankment level and the partial movements extending to the lower end of the embankment level with alignment of the boom on the embankment axes, driving / pulling the embankment along the plane, possibly unloading excess overburden and Repetition of this procedure with slightly changed excavator position can be repeated over long distances.
  • the power management of the excavator motor or the hydraulic drive elements used can be carried out in a particularly elegant manner by using the method according to the invention. This is particularly important since the economy of the agricultural machine depends directly on it.
  • a pressure accumulator for storing the pressure in the hydraulic system is often used as an additional unit. If a construction vehicle, such as an excavator, has to travel a known profile, as shown in FIG. 3, it can be concluded from the type of movement, such as driving along two straight lines, that it is a pulling movement. However, a pulling movement, for example, typically has a different power requirement than, for example, a digging or lifting movement. Analogously, this also applies to other types of movement, such as. B. digging, approaching a point, emptying the bucket, etc. In particular in this context, knowing the current work module, the following information is advantageous for the power adjustment according to the method according to the invention:
  • This information can be obtained both from the predictive calculation of future cylinder movements when driving along a trajectory and from the analysis of the manually made movements, such as e.g. B. can be obtained when digging or emptying. Knowledge of this information allows conclusions to be drawn about the future power requirement for the automatic repetition of the control commands which bring about this movement.
  • Time how long a movement will be carried out The time period makes it possible to estimate how long any power readers present in a pressure accumulator will still suffice and when the power of the engine has to be adapted accordingly for its regeneration.
  • This information and other information which result from the chronological sequence of the individual control commands are preferably used to in a control system, taking into account the consumption characteristics of the drive, for example a diesel engine, and the storage volume of a possibly present pressure accumulator To operate the diesel engine in such a way that it works with minimal consumption.

Abstract

The invention relates to a process and arrangement for controlling a sequence of movements in a moving construction machine (AG). The invention proposes a process and an arrangement which can be used to repeat software-controlled sequences of movements automatically when moving excavators (AG) or agricultural machines. The sequences of movements required are input once in a teach-in process and are automatically processed. The process provides for a manual operator to perform certain parts of the sequence of movements. Using a global positioning system (A1, A2 . . .) the corresponding sequences of movements can be adjusted and an offset can be predetermined in an automated manner. Different working positions (010, 020) may also preferably be started in an automated manner using said positioning system. Said process uses the data which is produced from the sequence of movements which can be repeated in an automated manner to control drives of the excavator or the agricultural machine with respect to the time and the energy requirement, so as to save fuel.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zur Steuerung eines Bewegungsablaufs bei einer fortbewegbaren LandbearbeitungsmaschineMethod and arrangement for controlling a sequence of movements in a mobile agricultural machine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur optimalen Steuerung von wiederkehrenden ähnlichen Bewegungs¬ abläufen bei Landbearbeitungsmaschinen, wie z. B. Baustellen¬ fahrzeugen wie Bagger, oder landwirtschaftliche Maschinen.The invention relates to a method and an arrangement for optimal control of recurring similar movements in agricultural machines, such as. B. construction site vehicles such as excavators, or agricultural machines.
Der hohe Automatisierungsgrad, welcher sich im Bereich der industriellen Fertigung schon durchgesetzt hat, hat sich bis¬ her im Bereich der Landbearbeitungsmaschinen noch nicht eta¬ bliert. Mit den zunehmenden Anforderungen an energiewirt- schaftliches Arbeiten und ein effizientes schnelles Bearbei¬ ten von größeren Landflächen, wird jedoch auch hier der Grad der Automatisierung für effiziente Nutzung von natürlichen Ressourcen und zur schnellen Steuerung von Bewegungsabläufen immer dringlicher. Bei Baggern beispielsweise ist die Automa- tisierung mit Mitteln der Elektronik noch nicht sehr weit fortgeschritten. Insbesondere werden die einzelnen Achsen und der Antrieb eines Baggers typisch manuell durch einen Bedie¬ ner gesteuert. Vor allen Dingen bei immer wiederkehrenden Be¬ wegungen des Baggers oder einer anderen Landbearbeitungsma- schine, wie beispielsweise beim Ziehen einer Böschungsschräge für Autobahnen oder beim Ausheben von Kanälen ist dies sehr aufwendig, anstrengend und monoton und kann häufig nicht mit der erforderlichen Genauigkeit über längere Zeit durchgeführt werden. Ähnliche Probleme treten beim Abfahren von größeren Feldern und Bearbeitung des Landes, wie beispielsweise Eggen, Pflügen oder Aussäen oder auch Ernten auf .The high degree of automation, which has already established itself in the area of industrial production, has not yet been established in the area of agricultural machinery. However, with the increasing demands on energy-economic work and the efficient, rapid processing of larger areas of land, the degree of automation for efficient use of natural resources and for the rapid control of movement sequences is becoming ever more urgent. With excavators, for example, automation using electronics has not yet progressed very far. In particular, the individual axes and the drive of an excavator are typically controlled manually by an operator. Above all with recurring movements of the excavator or another agricultural machine, such as when pulling a slope for highways or when digging canals, this is very complex, exhausting and monotonous and often cannot with the required accuracy over a long period of time be performed. Similar problems arise when driving through larger fields and working the land, such as harrowing, plowing or sowing or harvesting.
Wegen des starken Konkurrenzdruckes muß jedoch nicht nur schnell, sondern auch effizient gearbeitet werden. Dies be- deutet für die eingesetzten Landbearbeitungsmaschinen insbe¬ sondere, daß sie mit dem Treibstoff energiesparend umgehen müssen. Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht deshalb darin, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Landbe¬ arbeitungsmaschine anzugeben. Weiterhin soll durch die Erfin- düng ein möglichst energieeffizientes Arbeiten mit der Land- bearbeitungsmaschine möglich sein.Because of the strong competitive pressure, it is not only necessary to work quickly, but also efficiently. For the agricultural machines used, this means in particular that they have to use the fuel in an energy-saving manner. The problem underlying the invention therefore consists in specifying an improved method for controlling an agricultural machine. Furthermore, the invention should make it possible to work with the agricultural machine as energy-efficiently as possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch eine Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.This object is achieved by a method according to the features of patent claim 1 and by an arrangement according to the features of patent claim 8.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further developments of the invention result from the dependent claims.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be¬ steht darin, daß der Wirkort der Landbearbeitungsmaschine mittels des globalen Positionierungssystems genau festge¬ stellt werden kann, indem die Abmessungen und die Ausrichtun¬ gen bekannter Anbauteile der Landbearbeitungsmaschine unter Verwendung der globalen Position zu einer genauen Referenzie- rung des Wirkortes verwendet werden. Besonders vorteilhaft können durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe der globalen Positionierung und dem genau bekannten Wirkort sich wiederholende Tätigkeiten automatisiert durchge- führt werden, indem einmal Steuerbefehle geplant werden und in einem zweiten Schritt die geplanten Steuerbefehle unter Variation eines Schrittes wiederholt werden. Die Variation eines Steuerbefehles besteht dabei vorzugsweise in der Ver¬ setzung des Wirkortes, bzw. in der manuellen Ausführung eines Steuerbefehles, da so der Bediener optimal entlastet wird.A particular advantage of the method according to the invention is that the place of action of the agricultural machine can be determined exactly by means of the global positioning system, by using the dimensions and the orientations of known attachments of the agricultural machine using the global position for precise referencing of the place of action can be used. Repetitive activities can be carried out in a particularly advantageous manner by using the method according to the invention with the aid of the global positioning and the precisely known place of action, in that control commands are planned once and in a second step the planned control commands are repeated, varying one step. The variation of a control command preferably consists in the relocation of the place of action, or in the manual execution of a control command, since this relieves the operator in an optimal manner.
Besonders vorteilhaft werden die einzelnen Steuerbefehle der Landbearbeitungsmaschine beigebracht, indem ein Bediener die¬ se anhand der Steuervorrichtung des Gerätes vormacht oder ausführt und die jeweiligen Steuerbefehle mit den zugehörigen Parametern abgespeichert werden. Besonders vorteilhaft können aber auch CAD-Konstruktionsdaten für die Eingabe der Steuerbefehle in die Landbearbeitungsma¬ schine genutzt werden, indem ein Modell dieser Maschine er¬ stellt wird und mit einem Modell des zu bearbeitenden Landes oder der zu bearbeitenden Baustelle in Einklang gebracht wird, so daß am Computer direkt Steuerbefehlssequenzen auf Basis geeigneter Modelle erstellt werden können. Dies hat den Vorteil, daß häufig sehr teure Landbearbeitungsmaschinen ef¬ fizienter genutzt werden können, da für die Planung der ein- zelnen Steuerbefehlssequenzen der Einsatz der Maschine selbst nicht erforderlich ist.The individual control commands of the agricultural machine are taught in a particularly advantageous manner in that an operator demonstrates or executes these using the control device of the implement and the respective control commands are stored with the associated parameters. However, CAD design data can also be used particularly advantageously for the input of the control commands into the agricultural machine by creating a model of this machine and bringing it into line with a model of the country to be worked or the construction site to be processed, so that Control command sequences can be created directly on the computer based on suitable models. This has the advantage that very expensive agricultural machines can often be used more efficiently, since the use of the machine itself is not necessary for the planning of the individual control command sequences.
Besonders vorteilhaft kann beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens jedem Steuerbefehl zugeordnet werden, ob dieser manuell oder automatisch ausgeführt werden soll. Auf diese Weise kann ein Bediener festlegen, welche Befehle er besser selbst durchführt und somit optimal ausführen kann und welche Befehle er der Automatik überläßt.When using the method according to the invention, it can be particularly advantageously assigned to each control command whether it is to be carried out manually or automatically. In this way, an operator can determine which commands he is better able to carry out himself and thus can execute optimally and which commands he can leave to the automatic system.
Besonderε vorteilhaft erlaubt es das erfindungsgemäße Verfah¬ ren einzelne Steuerbefehle gemäß einer vordefinierten Funkti¬ on zu parametrisieren. Demgemäß lassen sich besonders vor¬ teilhaft beispielsweise durch Bagger Kanäle ausheben, indem die Eindringtiefe der Schaufel von Bewegungsvorgang zu Bewe- gungsvorgang jeweils um einen festen Betrag erhöht wird, oder indem beispielsweise eine Landbearbeitungsmaschine die ein Feld mäanderförmig abfährt, um beispielsweise in der Land¬ wirtschaft Saatgut auszubringen, beim Wenden jeweils einen Versatz berücksichtigt, welcher beispielsweise der Breite des eingesetzten Arbeitsgerätes entspricht. Dies führt vorteil¬ haft zu einem höheren Grad der Automatisierung und ein ein¬ zelner Bediener kann fallweise mehrere solche Maschinen kon¬ trollieren.The method according to the invention advantageously allows individual control commands to be parameterized in accordance with a predefined function. Accordingly, channels can be excavated particularly advantageously, for example, by excavators, by increasing the depth of penetration of the bucket from movement to movement by a fixed amount in each case, or by, for example, a agricultural machine that travels a field in a meandering manner, for example in agriculture Spread seed, take into account an offset when turning, which corresponds for example to the width of the implement used. This advantageously leads to a higher degree of automation and a single operator can control several such machines in some cases.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich der Einsatz einer Land¬ bearbeitungsmaschine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an zwei Orten, da beispielsweise durch die Variation eines Para- meters der erste Ort variiert werden kann, während beispiels¬ weise der zweite Ort unter Einsatz absoluter Weltkoordinaten, welche sich aus dem globalen Positionierungssystem ergeben, festgehalten werden kann. Dies hat den Vorteil, daß die Land- bearbeitungsmaschine beispielsweise bei Erdaushubarbeiten ei¬ nen festen Depotpunkt, beispielsweise einen Lade-LKW anfahren kann und dort mit einem am zweiten Ort gültigen Bewegungsab¬ lauf, welcher hier beispielsweise der Depotpunkt ist, die ausgehobene Erde auf den LKW aufladen kann. Vorteile hat die- ses Verfahren jedoch auch beim Einsatz für landwirtschaftli¬ che Maschinen, da beispielsweise an einem festen Ort Saatgut aufgenommen werden kann und zur jeweils aktuellen Position, an dem der Ausεaatvorgang unterbrochen wurde zurückgekehrt wird.The use of an agricultural machine according to the inventive method at two locations is particularly advantageous because, for example, by varying a parameter meters the first location can be varied, while for example the second location can be recorded using absolute world coordinates which result from the global positioning system. This has the advantage that the agricultural machine, for example during excavation work, can approach a fixed depot point, for example a loading truck, and there, with a movement sequence valid at the second location, which here is the depot point, for example, the excavated earth Can charge truck. However, this method also has advantages when used for agricultural machines, since, for example, seeds can be picked up at a fixed location and the current position at which the sowing process was interrupted is returned to.
Es ist aber auch denkbar, daß einen speziellen Depotpunkt be¬ stimmte Anbauteile der Maschine ersetzt werden und somit ver¬ schiedene Arbeitsvorgänge in Sequenz durchgeführt werden kön¬ nen, ohne das hierfür der Bediener eingreifen muß.However, it is also conceivable that certain attachment parts of the machine can be replaced at a special depot point and thus various work processes can be carried out in sequence without the operator having to intervene.
Einen besonderen Vorteil erzielt man durch Einsatz des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens zur Antriebssteuerung, da hierdurch die meisten oder alle Steuerbefehle für einen Bewegungsablauf im voraus bekannt sind und damit der Motor und fallweise ein- gesetzte Hydraulikelemente entsprechend dem vorbekannten Lei¬ stungsbedarf für die einzelnen Bewegungsabläufe gesteuert werden können. Dies ermöglicht einen besonders energiewirt¬ schaftlichen Einsatz der Landbearbeitungsmaschine, da durch diese angepaßte Leistungssteuerung von der Landbearbeitungs- maschine weniger Treibstoff verbraucht wird.A particular advantage is achieved by using the drive control method according to the invention, since most or all of the control commands for a movement sequence are known in advance and the motor and occasionally used hydraulic elements are controlled in accordance with the previously known power requirement for the individual movement sequences can be. This enables a particularly energy-efficient use of the agricultural machine, since less power is consumed by the agricultural machine through this adapted power control.
Besonders vorteilhaft weist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Mittel zur globalen Positionierung, sowie Mit¬ tel zur Steuerung von Funktionselementen und Mittel zur Ein- gäbe der Steuerbefehle für diese Funktionselemente auf. Auf diese Weise wird durch geringst möglichen technischen Einsatz eine funktionsfähige Anordnung zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt.Particularly advantageously, an arrangement for performing the method has means for global positioning, as well as means for controlling functional elements and means for inputting the control commands for these functional elements. In this way, the lowest possible technical effort a functional arrangement for performing the inventive method is provided.
Besonders vorteilhaft sind bei der erfindungsgemäßen Anord- nung Mittel vorhanden, welche eine Darstellung des Arbeitsbe¬ reiches der Landbearbeitungsmaschine im Zusammenhang mit der globalen Position ermöglichen, da auf diese Weise eine genaue Planung des Bewegungsablaufes wesentlich erleichtert wird und der Einsatz von CAD-Konstruktionsunterlagen oder Daten in Verbindung mit der Bewegungsplanung der Landbearbeitungsma¬ schine ermöglicht wird.In the arrangement according to the invention, there are particularly advantageous means which enable a representation of the working area of the agricultural machine in connection with the global position, since in this way precise planning of the movement sequence is considerably facilitated and the use of CAD design documents or data is made possible in connection with the movement planning of the agricultural machine.
Besonders vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Anordnung Mittel zur Leistungssteuerung eingesetzter Antriebsmittel auf, da damit die energieschonende Steuerung der Landbearbei¬ tungsmaschine ermöglicht wird und somit der Treibstoffbedarf des Gerätes reduziert wird.The arrangement according to the invention particularly advantageously has means for power control of the drive means used, since this enables energy-saving control of the agricultural machine and thus reduces the fuel requirement of the implement.
Besonders vorteilhaft wird beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der wiederkehrenden Steuerbefehle derWhen using the method according to the invention, the recurring control commands are particularly advantageous
Druckbedarf in fallweise eingesetzten Hydraulikelementen er¬ mittelt und genau dieser Druckbedarf zur Verfügung gestellt, da damit Treibstoff, welcher durch Einsatz der Hydraulikpumpe verbraucht wird, gespart werden kann.Pressure requirement in case of hydraulic elements used is determined and exactly this pressure requirement is made available, since it saves fuel which is consumed by using the hydraulic pump.
Besonders vorteilhaft wird bei der Steuerung der Landbearbei¬ tungsmaschine der Zeitbedarf für einen komplexen Bewegungsab¬ lauf ermittelt und in Abhängigkeit dieses Zeitbedarfes und der durchzuführenden Steuerbefehle die Leistungscharakteri- stik des Motors und einer fallweise erforderlichen Hydraulik¬ pumpe angepaßt. Auf diese Weise werden überflüssige Lei¬ stungsspitzen, welche bei manueller Steuerung entstehen wür¬ den vermieden und damit Treibstoff eingespart.In the control of the agricultural machine, the time required for a complex movement sequence is determined particularly advantageously and, depending on this time requirement and the control commands to be carried out, the performance characteristics of the motor and a hydraulic pump which may be necessary are adapted. In this way, superfluous power peaks which would arise with manual control are avoided and thus fuel is saved.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter er¬ läutert. Figur 1 zeigt als Beispiel eine Landbearbeitungsmaschine in Form eines Baggers.In the following, the invention is further explained with reference to figures. Figure 1 shows an example of a agricultural machine in the form of an excavator.
Figur 2 gibt als Beispiel eine Landbearbeitungsmaschine an, welcher ein zulässiger Arbeitsbereich zugewiesen wur- de.FIG. 2 gives an example of a agricultural machine to which a permissible work area has been assigned.
Figur 3 gibt ein Beispiel eines Bewegungsablaufs auf zwei zu¬ einander geneigten Ebenen an.FIG. 3 gives an example of a movement sequence on two inclined planes.
In Figur 1 ist ein Arbeitsgerät AG in Form eines Baggers dar- gestellt. Wenn in der Folge von Baggern die Rede ist, so soll dies nicht bedeuten, daß die Erfindung lediglich auf Bagger beschränkt ist. Ebenfalls sind im Zusammenhang mit der Erfin¬ dung andere Landbewegungsgeräte denkbar, oder kann damit der Einsatz von landwirtschaftlichen Geräten überwacht werden.FIG. 1 shows an implement AG in the form of an excavator. If excavators are mentioned in the following, this should not mean that the invention is only restricted to excavators. Other land-moving devices are also conceivable in connection with the invention, or the use of agricultural devices can thus be monitored.
Der in Figur 1 gezeigte Bagger AG weist beispielsweise Anten¬ nen AI und A2 auf, mit welchem Daten von einem globalen Posi- tionierungsεystem empfangen werden können. In einem Steuer¬ rechner der Einheit wird beispielsweise auf wenige cm genau festgestellt in welcher Position sich der Aufbau des Baggers befindet. Von einer Steuerung deε Baggers können beispiels¬ weise Achsen 10 bis 50 separat angesteuert werden. An diesen Achsen sind geeignete Weggeber vorgesehen, welche es der Steuerung erlauben die exakte Position der jeweiligen Anbau- teile AT festzustellen. Beispielsweise soll mit dem Bagger AG ein Erdaushub an einem Boden BO durchgeführt werden. Die be¬ schriebenen Achsen 10 bis 50 erlauben hierzu beliebige Frei¬ heitsgrade. Vorzugsweise sollten variable Parameter des Gerä¬ tes für alle Freiheitsgrade des Baggers überwacht werden, da- mit zu jeder Zeit bekannt ist, in welcher Lage εich der Bag¬ ger befindet und welche Kontur das beispielεweiεe vorgesehene Anbauteil AT einnimmt. Über Anbauteile AT ist zu sagen, daß diese im allgemeinen nicht beliebig bewegbar sind, da sie ei¬ ne durch ihre Geometrie gegebene Kinematik aufweisen. Diese Kinematik ist hier beispielsweise durch die Freiheitsgrade an den Achsen 10 bis 30 angedeutet. Falls durch einen Steuer¬ rechner oder durch sonstige Mittel überprüft werden soll, ob das Arbeitsgerät AG oder ein Anbauteil einen vordefinierten Arbeitsbereich verläßt, so kann von der Steuerung mit Hilfe der Kinematik und anhand von Winkelgebern oder anderen Me߬ mitteln, welche an den entsprechenden Achsen vorgesehen sind, sehr leicht bestimmt werden, welche endgültige Geometrie von dem Anbauteil eingenommen wird.- In Verbindung mit der exakten Position des Arbeitsgerätes, welche über das globale Positio- nierungssystem bestimmt wird, kann eine Position eines am weitesten entfernten Punktes, des Fernpunktes, bestimmt wer- den, der vorzugsweise zu überwachen ist. In Figur 1 sind zwei solche Fernpunkte eingetragen FP1 und FP2. Bevorzugt werden bei der Positionsbestimmung GPS/DGPS Möglichkeiten ausge¬ schöpft, mit welchen die Position eines mobilen Fahrzeugs, wie beispielεweise des Arbeitsgerätes AG, möglichst genau be- stimmt werden kann. Durch Kenntnis der Eigenposition und Ori¬ entierung des beispielsweise Baugerätes, sowie eines durch beispielsweise einem Bediener eingegebenen Arbeitsbereiches, die Kenntnis der Gelenkwinkel und der Abmessungen des Bauge¬ rätes und fallweise anderer Parameter ist es zu jedem Zeit- punkt möglich zu entscheiden, ob sich das Arbeitsgerät AG im zulässigen Arbeitsbereich befindet oder im Begriff ist, die¬ sen zu verlassen. Für diesen Fall kann bevorzugt ein Warnsi¬ gnal, welches an den Bediener des Gerätes gerichtet ist, ab¬ gegeben werden und/oder die Bewegung des Gerätes zunächst verlangsamt und dann ganz abgebrochen werden, um beispiels¬ weise einen Unfall zu vermeiden.The excavator AG shown in FIG. 1 has, for example, antennas AI and A2 with which data can be received from a global positioning system. In a control computer of the unit, for example, the position of the excavator structure is determined to within a few centimeters. For example, axes 10 to 50 can be controlled separately by a control of the excavator. Suitable position sensors are provided on these axes, which allow the control to determine the exact position of the respective attachments AT. For example, excavator AG is to be used to excavate soil on a floor BO. The axes 10 to 50 described allow any degree of freedom for this. Variable parameters of the device should preferably be monitored for all degrees of freedom of the excavator, so that it is known at all times in what position the excavator is and which contour the attachment AT provided, for example, assumes. It can be said about attachments AT that they cannot generally be moved as desired, since they have kinematics given by their geometry. This kinematics is indicated here, for example, by the degrees of freedom on axes 10 to 30. If it is to be checked by a tax calculator or by other means whether the implement AG or an add-on part leaves a predefined work area, the control system can use the kinematics and on the basis of angle sensors or other measuring means, which are provided on the corresponding axes, to determine very easily which final geometry is assumed by the add-on part In conjunction with the exact position of the implement, which is determined via the global positioning system, a position of a most distant point, the far point, can be determined, which is preferably to be monitored. In Figure 1, two such distant points are entered FP1 and FP2. When determining the position GPS / DGPS, options are preferably exhausted, with which the position of a mobile vehicle, such as the working device AG, can be determined as precisely as possible. By knowing the own position and orientation of the construction device, for example, as well as a work area entered by, for example, an operator, knowing the articulation angle and the dimensions of the construction device and occasionally other parameters, it is possible to decide at any time whether this is Arbeitsgerät AG is in the permissible working range or is about to leave it. In this case, a warning signal which is directed to the operator of the device can preferably be given and / or the movement of the device can be slowed down and then stopped completely, for example to avoid an accident.
Die dargestellte Maschine AG, welche beispielsweise ein Bag¬ ger oder eine landwirtschaftliche Maschine, wie beispielswei- se ein Traktor sein kann, führt z.B. einen Aushub in einem Graben durch, zu welchem die Schaufel S beispielsweise am Punkt FP2 positioniert werden muß. Hierzu muß das Landbear¬ beitungsgerät AG bezüglich seiner möglichen Freiheitsgrade 10 bis 50 genau definierte Positionen einnehmen. Diese Positio- nen werden beispielsweise durch Winkelgeber oder durch andere Sensoren festgelegt. Vorzugsweise werden diese Positionen schon bei Eingabe der Steuerbefehle zum Lernen des Bewegungs- ablaufs für den Grabvorgang mitgespeichert. Um eine definier¬ te Grabtiefe zu erreichen, muß beispielsweise die Schaufel immer tiefer mit Fortschritt des geförderten Aushubes in den Kanal eintauchen. Hierzu sieht es das erfindungsgemäße Ver- fahren vorteilhaft vor, daß beispielsweise die Steuerbefehle, welche die Hydraulikzylinder 10, 20 und 30 betätigen entspre¬ chend angepaßt werden, damit der Wirkort der Schaufel S ent¬ sprechend tiefer im Erdreich liegt. Es ist auch denkbar, daß mit Fortschritt des Kanalaushubes, der Bagger entsprechend der Schaufelbreite nach rechts oder links verfährt, um an ei¬ ner neuen Stelle erneut mit dem Grabvorgang zu beginnen. Das globale Positionierungssystem über die Antennen AI und A2 er¬ möglicht es den Wirkort der Schaufel S genau zu bestimmen und die Parameter für die erforderlichen Steuerbefehle des Land- bearbeitungsgerätes entsprechend vorzugeben. Auch ist es denkbar, daß der Bagger oder die Landbearbeitungsmaschine nachdem die Schaufel gefüllt wurde automatisch zum Depot fährt, dort das Erdreich abkippt und automatisch zu einer nächsten Arbeitsposition fährt. Auf diese Weise werden Land- bearbeitungsmaschinen befähigt solche Tätigkeiten, wie bei¬ spielsweise Kanalaushübe oder Hangziehvorgänge, wie bei¬ spielsweise bei Autobahn-Lärmschutzdämmen erforderlich, im hohen Grade automatisiert durchzuführen. Die Erfindung soll sich jedoch nicht nur lediglich auf solche Tätigkeiten be- schränken, da sie auf alle denkbaren Landbewegungsarbeiten anwendbar ist. Insbesondere ist die Erfindung auch in Berei¬ chen der Landwirtschaft einεetzbar, in denen häufig wieder¬ kehrende Tätigkeiten, wie beispielsweise Ausbringen von Saat¬ gut oder Pflügen oder Eggen oder Heuwenden oder ähnliche Tä- tigkeiten durchzuführen sind. Insbesondere können durch denThe illustrated machine AG, which can be, for example, an excavator or an agricultural machine, such as a tractor, for example, carries out an excavation in a trench, to which the bucket S must be positioned, for example, at point FP2. For this purpose, the agricultural machine AG must assume 10 to 50 precisely defined positions with regard to its possible degrees of freedom. These positions are determined, for example, by angle encoders or by other sensors. These positions are preferably already entered when the control commands for learning the movement also saved for the digging process. In order to achieve a defined digging depth, the bucket, for example, has to immerse itself deeper and deeper into the channel as the excavated material is excavated. For this purpose, the method according to the invention advantageously provides that, for example, the control commands which actuate the hydraulic cylinders 10, 20 and 30 are adapted accordingly, so that the point of action of the blade S is correspondingly lower in the ground. It is also conceivable that, as the channel excavation progresses, the excavator moves to the right or left according to the bucket width in order to start the digging process again at a new location. The global positioning system via the antennas AI and A2 makes it possible to precisely determine the place of action of the shovel S and to predefine the parameters for the required control commands of the agricultural implement. It is also conceivable that after the bucket has been filled, the excavator or the agricultural machine automatically moves to the depot, the soil tilts there and automatically moves to a next working position. In this way, agricultural machines are enabled to carry out such activities in a highly automated manner, such as, for example, channel excavation or slope pulling operations, as is required, for example, in the case of highway noise protection dams. However, the invention is not only intended to be limited to such activities, since it can be applied to all conceivable land movement work. In particular, the invention can also be used in areas of agriculture in which frequently recurring activities, such as, for example, spreading seeds or plowing or harrows or hay turning or similar activities are to be carried out. In particular, by the
Einsatz der Erfindung im Bereich der Landwirtschaft solche Tätigkeiten, wie beispielsweise Anheben deε Werkzeuges und Absetzen des Werkzeuges nach einem Wendevorgang automatisiert werden.Use of the invention in the field of agriculture such activities as, for example, lifting the tool and setting the tool down after a turning process can be automated.
Figur 2 zeigt das Arbeitsgerät AG aus Figur 1 in Verbindung mit einem zulässigen Arbeitsbereich AZU, wobei wesentliche Teile des Arbeitsgerätes durch Volumenelemente V10 bis V70 umschrieben sind. Die Verwendung von Volumenelementen bei der Überwachung des Arbeitsbereiches AZU gestattet es, den Re¬ chenaufwand für die durchzuführenden Berechnungen zu verein- fachen, da nicht die realen Abmessungen, sondern angenäherte Abmessungen zu berücksichtigen sind. Insbesondere muß dann nur mit Quadern und einfachen Volumenblöcken gerechnet wer¬ den. Der dargestellte zulässige Arbeitsbereich AZU ist hier vereinfacht als Quader bzw. als Fläche dargeεtellt . Es sind aber auch beliebige dreidimensionale Strukturen denkbar und vorgebbar. Beispielsweise kann ein zulässiger Arbeitsbereich in Form eines teach-in-Verfahrens eingegeben werden, bei wel¬ chem eine Bedienperson mit dem Arbeitsgerät AG und daran vor¬ handenen Anbauteilen in einem Lernschritt den gesamten Ar- beitsbereich, welcher hinterher zulässig sein soll, abfährt und dabei vorhandene Anbauteile so bewegt, daß sie die ge¬ wünschte Grenze des Arbeitsbereiches nicht verletzen. Von ei¬ ner Steuerung des Gerätes können die so vorgegebenen Bewegun¬ gen abgespeichert werden und im späteren Betrieb beim Arbei- ten mit dem Gerät können diese Steuerpositionen mit aktuell eingegebenen Steuerpositionen der Bedienperson verglichen werden. Bei der Eingabe dreidimensionaler Strukturen spielt beim Lernen auf die aktuelle Position des Arbeitsgerätes AG eine Rolle, welche über das globale Positionierungssystems erhalten wird und vorzugsweise in Verbindung mit jeder aktu¬ ell durchgeführten Bewegung abgespeichert wird. Falls eine Verletzung des zulässigen Arbeitsbereiches eintritt, so kann die Steuerung ein Alarmsignal abgeben, bzw. veranlassen, daß daε Gerät zu jeder Zeit mit εeinem Auεleger AT im zuläεsigem Arbeitsbereich AZU verbleibt, indem die Steuerung automatisch Steuerbefehle des Bedieners abwandelt. Der zulässige Arbeits¬ bereich AZU kann beispielsweise auch invers vorgegeben wer¬ den, indem lediglich Hinderniεse, welche vermieden werden sollen, explizit markiert werden. Bevorzugt kann der zulässi- ge Arbeitsbereich AZU auch in der Form eingegeben werden, daß Daten aus einem bereits vorhandenen CAD-Modell des Arbeitsbe¬ reiches vorliegen. Denkbar sind hier beispielsweise Konstruk- tionsdaten, welche ein Architekt bei der Vermessung des Ter¬ rains und bei der Konstruktion eines Gebäudes oder eines Aus¬ hubes bereits eingegeben hat, welche dann lediglich der Steuerung des Gerätes mitgeteilt oder elektronisch zugeführt werden müssen.FIG. 2 shows the working device AG from FIG. 1 in connection with a permissible working area AZU, whereby essential ones Parts of the implement are circumscribed by volume elements V10 to V70. The use of volume elements in the monitoring of the work area AZU makes it possible to simplify the computing effort for the calculations to be carried out, since it is not the real dimensions but rather approximated dimensions that have to be taken into account. In particular, only cuboids and simple volume blocks have to be expected. The illustrated permissible working area AZU is shown here simplified as a cuboid or as a surface. However, any three-dimensional structures are also conceivable and predeterminable. For example, a permissible work area can be entered in the form of a teach-in method, in which an operator with the implement AG and attached parts travels through the entire work area, which is to be permitted afterwards, in one learning step and thereby Existing attachments moved so that they do not violate the desired limit of the work area. The movements specified in this way can be stored by a control of the device, and during later operation when working with the device, these control positions can be compared with the control person's currently entered control positions. When three-dimensional structures are entered, learning about the current position of the working device AG plays a role, which is obtained via the global positioning system and is preferably stored in connection with every movement currently carried out. If there is a violation of the permissible working range, the control can issue an alarm signal or cause the device to remain in the permissible working range AZU at any time with its bracket AT by the control automatically modifying control commands from the operator. The permissible working area AZU can, for example, also be inversely specified, in that only obstacles which are to be avoided are explicitly marked. The permissible work area AZU can preferably also be entered in such a way that data are available from an already existing CAD model of the work area. Constructions are conceivable here, for example tion data which an architect has already entered during the measurement of the terrain and in the construction of a building or excavation, which then only have to be communicated to the control of the device or supplied electronically.
Beiεpielsweise erfolgt die Positions- und Ortεbestimmung des Gerätes mittels GPS-Empfängern. Heutige Hochleiεtungεεysteme, wie beispielsweise das DGPS erlauben eine Genauigkeit bei der Positionsbeεtimmung von etwa 2 cm [Quelle: Fa. Trimble:For example, the position and location of the device is determined by means of GPS receivers. Today's high-performance systems, such as the DGPS, allow an accuracy in position determination of about 2 cm [source: Trimble:
7400Msi: High precision GPS receiver for dynamic control Sy¬ stems] . Bevorzugt kann durch die Anbringung von zwei Anten¬ nen, wie in Figur 1 mit Al und A2 dargestellt, durch Ver¬ gleich deren Positionen auch die Orientierung des Arbeitsge- rätes ermittelt werden. Zwar entstehen durch die Positionεun- genauigkeit von 2 cm bei Großbaggern Winkelfehlern von etwa 0,4°, diese Ungenauigkeit kann jedoch beim Warnen bzw. Abre- geln von möglichen Kollisionen berücksichtigt werden. Bei Großbaggern beispielsweiεe mit einer Reichweite von 15 m kann εich dadurch die maximale Ungenauigkeit biε zu 12 cm an der Schaufelspitze ausweiten.7400Msi: High precision GPS receiver for dynamic control systems]. Preferably, by attaching two antennas, as shown in FIG. 1 with Al and A2, the orientation of the implement can also be determined by comparing their positions. Although the position inaccuracy of 2 cm results in angular errors of about 0.4 ° in large excavators, this inaccuracy can be taken into account when warning or correcting possible collisions. In the case of large excavators, for example, with a range of 15 m, the maximum inaccuracy can expand up to 12 cm at the tip of the bucket.
Besonders wichtig ist es für daε erfindungsgemaße Verfahren, daß die Bewegungεveränderungen des Arbeitsgerätes exakt ver¬ messen werden und bekannt sind, damit sie exakt reproduziert werden können.It is particularly important for the method according to the invention that the changes in movement of the implement are precisely measured and known so that they can be reproduced exactly.
Figur 3 zeigt zwei Ebenen El und E2. Die Landbearbeitungsma¬ schine AG ist beispielsweise an einem Ort O10 eingesetzt. Von diesem Ort O10 führt sie beispielεweise mit Hilfe einer Schaufel eine Glättungsarbeit an der Ebene E2 durch, wobei das Anbauteil in diesem Fall der Baggerausleger AT beispielε¬ weise senkrecht zur Begrenzung der Ebene El und parallel zur Begrenzung der Ebene E2 geführt werden muß. Die Landbearbei¬ tungsmaschine soll dabei entlang einer Richtung 15 parallel zum Hang verfahren und diesen Glätten oder einen Aushub täti¬ gen oder ähnliches. Durch Einsatz des globalen Positionie- rungssystemε, wird der Wirkort WO der Schaufel über die Kine- matik deε Anbauteiles AT und die zur Verfügung stehenden Pa¬ rameter, welche die Bewegung der Landbearbeitungsmaschine charakterisieren, und die beim Lernen des Bewegungsvorgangs für die jeweiligen Steuerbefehle abgespeichert wurden, genau referenzierbar. Es ist z. B. denkbar, daß die Landbearbei¬ tungsmaschine nachdem sie eine Länge der Ebene E2 abgefahren hat wieder zu Beginn der Ebene E2 zurückkehrt und der Wirkort der Schaufel um den Betrag ihrer Breite entlang der Richtung E2 der Ebene E2 versetzt wird wonach der Bewegungsvorgang entlang der Richtung 15 erneut durchgeführt wird. Beεonders vorteilhaft wird hierdurch erreicht, daß der Bediener nicht eingreifen muß, um solche regelmäßigen wiederkehrenden Tätig¬ keiten durchzuführen. Falls die Schaufel durch Erdreich ge¬ füllt ist, so kann beispielsweise durch vorherige Festlegung ein als manuell durchzuführender Steuerbefehl im Ablauf der Steuerbefehle bestimmt werden, wo vom Bediener entschieden wird, ob die Landbearbeitungsmaschine AG zu einem Ort 020 fährt, an welchem beispielsweise das Erdreich abgeladen wer¬ den kann. Hernach kann sie automatisch zu dem Ort zurückkeh- ren, an welchem sie ihre Arbeit unterbrochen hat, da der Ort über das globale Positionierungεsystem bekannt iεt und bevor¬ zugt abgespeichert wird, bevor er verlassen wird.Figure 3 shows two levels E1 and E2. The agricultural machine AG is used, for example, at a location O10. From this location O10, for example with the help of a shovel, it carries out a smoothing work on level E2, in which case the attachment part of the excavator boom AT must be guided, for example, perpendicularly to the boundary of the plane El and parallel to the boundary of the plane E2. The agricultural machine is intended to move along a direction 15 parallel to the slope and to smooth or excavate it or the like. By using the global positioning system, the effective location WO of the blade is matics deε mounted part AT and the available Pa ¬ parameters that characterize the motion of the earth-working machine, and have been stored in learning the movement operation for the respective control commands, just referenced. It is Z. For example, it is conceivable that the agricultural machine, after having traveled a length of the plane E2, will return to the beginning of the plane E2 and the point of action of the bucket will be offset by the amount of its width along the direction E2 of the plane E2, after which the movement process along the direction 15 is performed again. In this way it is particularly advantageously achieved that the operator does not have to intervene in order to carry out such regular recurring activities. If the shovel is filled with soil, a control command to be carried out manually as part of the control command sequence can be determined, for example by prior determination, where the operator decides whether the agricultural machine AG travels to a location 020 at which, for example, the soil is unloaded can be. Afterwards, it can automatically return to the location at which it interrupted its work, since the location is known and preferably saved via the global positioning system before it is left.
Der Winkel TAU beschreibt die Neigung der Ebene E2 zur Ebene El und der Winkel PHI beschreibt den senkrechten Winkel zwi¬ schen dem Anbauteil AT des Arbeitsgerätes und der Ebene E2. Insbesondere werden beim Einsatz des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens bevorzugt folgende Parameter bestimmt und benutzt:The angle TAU describes the inclination of the plane E2 to the plane E1 and the angle PHI describes the vertical angle between the attachment AT of the implement and the plane E2. In particular, the following parameters are preferably determined and used when using the method according to the invention:
- Meßbarkeit der Gelenkwinkel sowohl beim Ausleger als auch die Drehung des Oberwagens gegenüber dem Unterwagen- Measurability of the articulation angle for both the boom and the rotation of the uppercarriage relative to the undercarriage
- Bestimmung der Eigenposition und der Orientierung deε Bag- gerε- Determination of the own position and the orientation of the excavator
- computer-steuerbare Servohydraulik- computer-controlled servo-hydraulics
- Möglichkeit zur Eingabe von Bewegungsdaten.- Possibility to enter movement data.
Bevorzugt wird hierdurch erreicht, daß die Baggerbewegung mittels eines softwaretechnischen Verfahrens wiederholt wer- den kann, daß die Aufteilung des Bewegungsablaufs in mehrere Teilschritte, von denen jeder entweder manuell oder automa¬ tisch wiederholt werden kann, ermöglicht wird und daß ein ho¬ her Wirkungsgrad durch wahlweise parametrisierte oder unpara- metrisierte Wiederholung von Bewegungen erzielt wird. Vor¬ zugsweise wird dabei das Verfahren in zwei Stufen durchge¬ führt . In einem ersten Schritt werden die zu wiederholenden Bewegungen der Landbearbeitungsmaschine vorgemacht, bzw. die abzufahrenden Trajektorien eingegeben. In einem zweiten Schritt werden diese Bewegungen ggf. unter Abgleichen mit der Weltposition, zu welcher das globale Positionierungεεytem verwendet wird, wiederholt.This preferably means that the excavator movement is repeated using a software technology method The fact that the division of the motion sequence into several partial steps, each of which can either be repeated manually or automatically, is made possible and that a high degree of efficiency is achieved by repetition of motions which can be parameterized or non-parametrized. The method is preferably carried out in two stages. In a first step, the movements of the agricultural machine to be repeated are prepared or the trajectories to be traversed are entered. In a second step, these movements are repeated, if necessary, in comparison with the world position for which the global positioning system is used.
Bevorzugt gestaltet sich der erste Schritt zum Beibringen des einzelnen Bewegungsablaufε der Landbearbeitungεmaschine wie folgt:The first step for teaching the individual movement sequence of the agricultural machine is preferably as follows:
Hier wird dieser Bewegungsablauf für einen Bagger darge¬ stellt, dies soll jedoch keine Einschränkung der Erfindung lediglich auf Bagger darstellen, da analog für eine beliebige Landbearbeitungsmaschine entsprechende Bearbeitungsεchritte vorgegeben werden können.This sequence of movements for an excavator is shown here, but this is not intended to limit the invention only to excavators, since corresponding processing steps can be specified analogously for any agricultural machine.
1. Fahren deε Baggers zum Einsatzort und Ausrichten des Bag¬ gerarms 2. Ausstrecken des Baggerarmε1. Drive the excavator to the place of use and align the excavator arm 2. Extend the excavator arm
3. Einsetzen der Schaufelspitze unter definiertem Winkel an den Boden3. Insert the tip of the bucket at a defined angle on the ground
4. Durchführen einer Grabbewegung bzw. Abfahren einer gerad¬ linigen Trajektorie und Ziehen des Erdreichs. 5. Einklappen der Schaufel und Anheben zum LKW oder Abladeort 6. Öffnen der Schaufel und Abladen des Schaufelinhaltε4. Carrying out a digging movement or traversing a straight-line trajectory and pulling the ground. 5. Folding in the bucket and lifting it to the truck or unloading location. 6. Opening the bucket and unloading the bucket contents
Dabei ist es möglich, all diese Bewegungsabläufe vorzumachen, bzw. einzugeben und dabei aufzuzeichnen. Nur in den seiten- sten Fällen wird es jedoch sinnvoll sein all diese Teilabläu¬ fe quasi vollautomatisch ohne manuelle Eingrif¬ fe/Unterbrechungen wiederholen zu lassen. Häufiger wird wohl ein Mixed-Mode-Betrieb von automatischen und manuellen Bewe¬ gungen eingesetzt werden. Bevorzugt besteht beim teach-in der automatisch zu wiederholenden Bewegung die Wahlmöglichkeit jeden der obigen Teilschritte in Form einer manuellen Steue- rung durch den Bediener oder automatisch durchzuführen. Hier¬ für können bevorzugt folgende AufZeichnungsformen für den Be¬ wegungsablauf verwendet werden:It is possible to pretend or enter all these movements and record them. However, only in the side cases will it make sense to have all of these partial processes repeated almost fully automatically without manual intervention / interruptions. Probably becomes more common mixed-mode operation of automatic and manual movements are used. With the teach-in, the movement which is to be repeated automatically preferably has the option of carrying out each of the above sub-steps in the form of manual control by the operator or automatically. For this, the following recording forms can preferably be used for the movement sequence:
1. Die Aufzeichnung des durch den Baggersteuerknüppel vorge¬ gebenen Bewegungsablauf, welcher dann in genau dieser Form wiederholt wird. Dies ist vor allen bei Grabe- oder Ausleger¬ bewegungen der Schaufel interesεant oder1. The recording of the movement sequence specified by the excavator control stick, which is then repeated in exactly this form. This is of particular interest in the case of digging or cantilever movements of the bucket or
2. der parametriεierten Aufzeichnung von später aufzuführen¬ den Baggerbewegungen wie2. the parameterized recording of excavator movements to be performed later, such as
- Ausstrecken des Baggerarms dies iεt interessant für das Ziel von Böschungen. Hier kann es wichtig sein, daß der Bag¬ gerarm möglichst weit ausgestreckt wird.- Extending the excavator arm this is interesting for the aim of embankments. It can be important here that the excavator arm is extended as far as possible.
- Anfahren eines bestimmten Punktes oder eines Punktes auf einer Ebene Eine Anwendung der Erfindung ist beispielsweise das Aufhäufen des Aushubs an einer Stelle, wie beispielεweiεe durch den Punkt O20 dargestellt. Diese Stelle kann vorgegeben werden und der Bagger oder die Landbewegungsmaschine kann in dieser Teilbewegung, welche beispielsweiεe auch durch mehrere Steu- erbefehle angefahren werden kann wieder an diese Stelle zu¬ rückfahren. Ein solcher Bewegungsablauf kann neben dem Anhe¬ ben auch ein koordiniertes Drehen des Baggeroberwagens sowie ggf. sogar eine automatische Bahnplanung zum kollisionsfreien und schnellstmöglichen Drehen zum Zielort beinhalten. Das An- fahren eines Punkts auf einer Ebene ist dabei wichtig für das Ziehen von Böschungen. Hier kann es nötig sein, zunächst ei¬ nen möglichst weit entfernten Punkt auf der Böschungsebene anzufahren, um dann von hier aus das Abfahren der Gerade zu beginnen. Vorzugsweise wird hierbei vorausgeεetzt, daß εich der Ausleger parallel zu einer der ebenen Begrenzungen aus¬ richtet.- Approaching a certain point or a point on a plane. One application of the invention is, for example, to pile up the excavation at one point, as represented by point O20. This location can be specified and the excavator or the land moving machine can move back to this location in this partial movement, which can also be approached, for example, by several control commands. In addition to lifting, such a sequence of movements can also include coordinated turning of the excavator superstructure and possibly even automatic path planning for collision-free and fastest possible turning to the destination. Approaching a point on a level is important for drawing embankments. Here it may be necessary to first approach a point on the embankment level that is as far away as possible, in order to then start to follow the straight line from here. It is preferably assumed here that the boom is aligned parallel to one of the plane boundaries.
- Abfahren einer Trajektorie mit definiertem Winkel Diese Bewegung führt zu einer Bewegung der Baggerschaufel entlang einer vorgegebenen Gerade/Ebene oder eines vorgegebe¬ nen Profils. Vorzugsweise wird eine solche Bewegungsabfolge beim Ziehen von Böschungen notwendig. All diese Bewegungen können neben einer Schaufel- bzw. Ausle¬ gerbewegung auch eine Bewegung des Unter- oder- Oberwagens be¬ inhalten. Bei anderen Landbearbeitungsmaschinen können fall¬ weise andere bewegbare Ausleger oder Anbauteile AT vorgesehen sein und diese können mehr oder weniger Bewegungsfreiheits- grade aufweisen, als in diesem Beispiel dies der Fall ist. In einer analogen Betrachtungsweise kann jedoch der Fachmann auch für diese verschiedenen Landbearbeitungsmaschinen, für welche hier der Bagger als Beispiel dient, eine geeignete An¬ wendung der Erfindung durchführen. Zur Eingabe dieser parame- trisierten Baggerbewegungen sollte vorzugsweise dem Bagger¬ führer ein geeignetes Eingabegerät, wie z. B. ein touch- εcreen zur Verfügung εtehen, mit dem er die notwendigen Ein¬ gabe, wie z. B. Lage und Abmessung einer Ebene tätigt. Diese parametrisierte Aufzeichnung beinhaltet vorzugsweise das Aufzeichnen der später auszuführenden Baggerbewegungen in Echtweltkoordinaten, d. h. neben dem eigentlichen Bewegungs¬ ablauf auch die Position, an der diese Bewegung durchgeführt werden soll. Aus dieser Anpaεεung an die Echtweltkoordinaten, welche die Koordinaten sind, die das globale Positionierungε- syεtem zur Verfügung stellt, resultiert der große Vorteil der Erfindung, das eine automatische Wiederholung eines Bewe¬ gungsablaufs, mit leicht veränderten Standorten oder leicht veränderten Steuerbefehlen ermöglicht werden kann.- traversing a trajectory with a defined angle This movement leads to a movement of the excavator bucket along a predefined straight line / plane or a predefined profile. Such a sequence of movements is preferably necessary when pulling embankments. All of these movements can include a movement of the undercarriage or superstructure in addition to a shovel or boom movement. In other agricultural machines, other movable booms or attachments AT can be provided, and these can have more or less degrees of freedom of movement than is the case in this example. In an analogous view, however, the person skilled in the art can also carry out a suitable application of the invention for these various agricultural machines, for which the excavator is used here as an example. To enter these parameterized excavator movements, the excavator operator should preferably have a suitable input device, such as B. a touch screen is available, with which he the necessary input, such as B. Location and dimensions of a level. This parameterized recording preferably includes the recording of the excavator movements to be carried out later in real world coordinates, ie in addition to the actual movement sequence also the position at which this movement is to be carried out. The great advantage of the invention results from this adaptation to the real world coordinates, which are the coordinates provided by the global positioning system, that an automatic repetition of a movement sequence can be made possible with slightly changed locations or slightly changed control commands.
Während im Lernschritt nur eine Bewegungsfolge vorgemacht oder eingegek an wird und in der obigen Weise aufgezeichnet wurde, wird beim Abspielen der Sequenz der Teilbewegungs- schritte bzw. der einzelnen Steuerfolge, diese immer wieder¬ holt. Dabei ist zu beachten, daß die Kinematik eines Ausle- gerε, es durchaus erfordern kann, daß mehrere Steuerbefehle von der Steuerung gleichzeitig abgegeben werden müssen, so daß nicht notwendigerweise eine Sequenz von Befehlen abgege- ben wird, sondern auch mehrere Befehle gleichzeitig möglich sind, welche z. B. die in Figur 1 mit 10, 20 und 30 bezeich¬ neten Achsen oder Hubzylinder gleichzeitig bewegen, um ein schnelleres Bewegen der Schaufel S zu ermöglichen.While only one sequence of movements is demonstrated or recorded in the learning step and recorded in the above manner, when the sequence of the partial movement steps or the individual control sequence is played, this is repeated repeatedly. It should be noted that the kinematics of a cantilever may require that several control commands be issued by the controller at the same time, so that a sequence of commands is not necessarily issued. ben is, but also several commands are possible at the same time, which z. B. Simultaneously move the axes or lifting cylinders designated 10, 20 and 30 in FIG. 1 in order to enable the blade S to move faster.
Vorzugsweise sieht es die Erfindung vor daß einzelne Teilbe¬ wegungsschritte manuell oder automatisch durchgeführt werden. Beispielεweiεe kontrolliert bei der manuellen Steuerung der Bediener den Bagger wie bislang, während bei der automa- tischen Durchführung von Teilbewegungen ein im Bagger befind¬ licher Computer, also eine elektronische Steuerung, die Kon¬ trolle übernimmt, wobei jedoch jederzeit die Möglichkeit des manuellen Eingriffs durch den Bediener gegeben ist. Für die Durchführung der Teilbewegungen, welche aus einer automati- sehen Abfolge der aufgezeichneten Steuerbefehle besteht, be¬ stehen je nach Aufzeichnungsmodus, der beiεpielεweiεe parame- trisiert oder unparametrisiert erfolgt, die folgenden Durch¬ führungsarten: 1. Automatische Abfolge der Steuerbefehle ohne Anpassung an die EchtweltkoordinatenThe invention preferably provides for individual partial movement steps to be carried out manually or automatically. For example, in manual control of the operator, the excavator is controlled as before, while in the case of the automatic execution of partial movements, a computer in the excavator, that is, an electronic control, takes control, but the possibility of manual intervention at any time given to the operator. For the execution of the partial movements, which consists of an automatic sequence of the recorded control commands, depending on the recording mode, which takes place, for example, parameterized or non-parameterized, there are the following types of execution: 1. Automatic sequence of the control commands without adaptation to the Real world coordinates
Vorzugsweise wird in diesem Schritt ein aufgezeichneter Bewe¬ gungsablauf erneut abgespielt. Dies z. B. kann eine Drehbewe¬ gung beim Graben oder eine Öffnungsbewegung beim Ausleeren über einem Kipper sein. Dabei ist eine Anpassung an eine vor- gegebene Position nicht erforderlich, sondern lediglich die reine Bewegungswiederholung. Sollte eine solche Bewegungswie¬ derholung jedoch an einer bestimmten Stelle gewünscht sein, so ist diese Position in einem vorangegangenen Schritt vor¬ zugsweise mit einer Anpasεung an die Echtweltkoordinaten her- zustellen. Fallweise kann auch ein automatisierter Bewegungs- εchritt der Landbewegungsmaschine vorgesehen sein, welcher beispielsweise beinhaltet, daß die Abfolge der Befehle, wel¬ che notwendig ist um eine Bewegung einen bestimmten Punkt zu ermöglichen, von einem Bediener aufgerufen werden kann und er lediglich in einen aufgezeichneten Bewegungsablauf diese Rou¬ tine einspielt und dabei eine Koordinate in Form von Weltko- ordinaten vorgibt, welche des Landbearbeitungsgerät anfahren soll.In this step, a recorded movement sequence is preferably played again. This z. B. can be a rotary movement when digging or an opening movement when emptying over a tipper. An adjustment to a specified position is not necessary, just the repetition of movement. However, if such repetition of movement is desired at a certain point, this position is to be established in a previous step, preferably with an adaptation to the real world coordinates. In some cases, an automated movement step of the land movement machine can also be provided, which includes, for example, that the sequence of commands which is necessary to enable a movement to a specific point can be called up by an operator and it can only be entered in a recorded movement sequence this routine is imported and a coordinate in the form of world ordinates specifies which of the agricultural implements should approach.
2. Automatische Abfolge der Steuerbefehle mit Echtweltkoordi- natenanpaεεung2. Automatic sequence of control commands with real-world coordinate adaptation
Vorzugsweise wird hier bei jeder Bewegung der Landbearbei¬ tungsmaschine ständig ihre aktuelle Position und Orientierung benötigt. Diese Information kann dabei mittels eines GPS- Empfängerε gewonnen werden.Preferably, each time the agricultural machine moves, its current position and orientation is constantly required. This information can be obtained using a GPS receiver.
Vorzugεweise wird anschließend mit den durch die parametri- sierte Aufzeichnung der Baggerbewegungen bekannten Steuerbe¬ fehlen ständig die Eigenposition abgeglichen und die einzelnen Baggerachsen können derartig koordiniert angesteu- ert werden, daß die gewünschten Bewegungen an der richtigenThe own commands are then continuously compared with the control commands known from the parameterized recording of the excavator movements, and the individual excavator axes can be controlled in such a coordinated manner that the desired movements are carried out in the correct manner
Position durchgeführt werden. Hier εpielt es also eine Rolle, daß zu einem jeweiligen Steuerbefehl, welcher aufgezeichnet wurde auch die aktuelle Koordinate welche sich aus dem globa¬ len Poεitionierungsεyεtem ergibt abgeglichen wird. Vorzugs- weiεe bleibt dann die Auεführung dieεer Steuerbefehle auch korrekt, wenn z. B. die Landbearbeitungsmaschine etwas weiter fährt, oder bei weichem Untergrund wegsackt. Durch die globa¬ le Postionεbestimmung, die parametrisierte Abarbeitungsbe¬ schreibung und die computergeεtützte Koordination werden die- εe Abweichungen auεgeglichen, εo daß auf der Baεiε der obigen Beschreibung viele Bewegungswiederholungen möglich sind. Im besonderen Maße gilt dies für das Erεtellen von Böεchungen. Hier kann beispielsweise die Abfolge der Steuerbefehle mit der einmaligen Eingabe der Böschungεebene und der Teilbewe- gungen-Ausstrecken zu dem unteren Ende der Böschungsebene mit Ausrichtung des Auslegers an den Böschungsachsen, abfah¬ ren/ziehen der Böschung entlang der Ebene, eventuell Abladen überschüssigen Abraums und Wiederholung dieser Prozedur mit leicht veränderter Baggerposition über weite Strecken hinweg fortwährend wiederholt werden. Auf besonders elegante Weise läßt sich durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens daε Leistungsmanagement des Bag- germotors bzw. der verwendeten Hydraulikantriebselemente durchführen. Dies ist besonders wichtig, da hiervon unmittel- bar die Wirtschaftlichkeit der Landbearbeitungsmaschine ab¬ hängt. Besonders vorteilhaft ist hier der Sachverhalt, daß bei einer sich wiederholenden Abfolge von Steuerbefehlen schon im voraus bekannt ist, welche Ressourcen der Landbear¬ beitungsmaschine benötigt werden, wie lange sie benötigt wer- den, und welcher Kraftaufwand ungefähr erforderlich iεt. Die- εe vorab bekannte Information kann genutzt werden, um die Ressourcen der Landbearbeitungsmaεchine in optimaler Weise anzusteuern, so daß ihr Energieverbrauch, welcher aus der Ab¬ arbeitung der Steuerbefehle resultiert in optimaler Weise niedrig ist.Position. It therefore plays a role here that the current coordinate which results from the global positioning system is also compared to a respective control command which has been recorded. Preferably, the execution of these control commands also remains correct if, for. B. the agricultural machine drives a little further, or sags on soft ground. These deviations are compensated for by the global position determination, the parameterized processing description and the computer-aided coordination, so that many repetitions of movement are possible on the basis of the above description. This applies in particular to the creation of embankments. Here, for example, the sequence of the control commands with the one-time entry of the embankment level and the partial movements extending to the lower end of the embankment level with alignment of the boom on the embankment axes, driving / pulling the embankment along the plane, possibly unloading excess overburden and Repetition of this procedure with slightly changed excavator position can be repeated over long distances. The power management of the excavator motor or the hydraulic drive elements used can be carried out in a particularly elegant manner by using the method according to the invention. This is particularly important since the economy of the agricultural machine depends directly on it. It is particularly advantageous here that, in the case of a repeating sequence of control commands, it is already known in advance which resources of the agricultural machine are required, how long they are needed, and what effort is required. This previously known information can be used to optimally control the resources of the agricultural machine, so that its energy consumption, which results from the processing of the control commands, is optimally low.
Normalerweise besteht eine Hauptschwierigkeit bei einem auto¬ matischen Leistungεmanagement darin, daß der Motor auf eine Leiεtungsanforderung in zunächst unbekannter Größe beispiels- weise seitens der Hydraulikpumpe reagieren und dann die er¬ forderliche Leistung bereitstellen muß. Um dieser Schwierig¬ keit zu begegnen, wird häufig als Zusatzagregat ein Druck¬ speicher zum Speichern des Drucks im Hydrauliksystems einge¬ setzt. Falls ein Baufahrzeug, wie beispielsweise ein Bagger ein bekanntes Profil, wie in Figur 3 dargestellt, abzufahren hat, kann aus der Art der Bewegung, wie beispielsweiεe dem Fahren entlang zweier Geraden, geschlosεen werden, daß es sich um eine Ziehbewegung handelt. Eine Ziehbewegung hat je¬ doch beispielsweise einen typisch anderen Leistungsbedarf, als etwa eine Grabe- oder Hebebewegung. Analog gilt dies ebenso für andere Bewegungsarten, wie z. B. Graben, Anfahren eines Punktes, Ausleeren der Schaufel, etc. Insbesondere sind in diesem Zusammenhang in Kenntnis des aktuellen Arbeitsmoduε folgende Informationen für die Leistungsanpaεεung nach dem erfindungεgemäßen Verfahren vorteilhaft:Normally, one of the main difficulties with automatic power management is that the motor has to react to a power request of an initially unknown size, for example on the part of the hydraulic pump, and then has to provide the required power. In order to counter this difficulty, a pressure accumulator for storing the pressure in the hydraulic system is often used as an additional unit. If a construction vehicle, such as an excavator, has to travel a known profile, as shown in FIG. 3, it can be concluded from the type of movement, such as driving along two straight lines, that it is a pulling movement. However, a pulling movement, for example, typically has a different power requirement than, for example, a digging or lifting movement. Analogously, this also applies to other types of movement, such as. B. digging, approaching a point, emptying the bucket, etc. In particular in this context, knowing the current work module, the following information is advantageous for the power adjustment according to the method according to the invention:
- typische Leistungsanforderungen des jeweiligen Arbeitsmodus - zukünftige Bewegungen beispielεweise einzelner Hydraulikzy¬ linder- Typical performance requirements of the respective work mode - Future movements, for example of individual hydraulic cylinders
Diese Information kann sowohl auε der vorausschauenden Be¬ rechnung zukünftiger Zylinderbewegungen beim Fahren entlang einer Trajektorie, als auch aus der Analyse der manuell vorgemachten Bewegungen, wie z. B. beim Graben oder Auslee¬ ren gewonnen werden. Die Kenntnis dieser Information läßt Schlüsse auf den zukünftigen Leistungsbedarf beim automati¬ schen Wiederholen der Steuerbefehle, welche diese Bewegung bewirken, zu.This information can be obtained both from the predictive calculation of future cylinder movements when driving along a trajectory and from the analysis of the manually made movements, such as e.g. B. can be obtained when digging or emptying. Knowledge of this information allows conclusions to be drawn about the future power requirement for the automatic repetition of the control commands which bring about this movement.
- Zeit, wie lange eine Bewegung durchgeführt werden wird Die Zeitdauer ermöglicht es abzuschätzen, wie lang eventu¬ ell vorhandene Leistungsreseveren in einem Druckspeicher noch ausreichen werden und wann die Leistung des Motors entsprechend zu ihrer Regeneration angepaßt werden muß.Time how long a movement will be carried out. The time period makes it possible to estimate how long any power readers present in a pressure accumulator will still suffice and when the power of the engine has to be adapted accordingly for its regeneration.
- Zeit bis einer neuer Bewegungsmoduε beginnen wird Hierdurch kann frühzeitig auf veränderte Leistungsanforde- rungen aus einem nachfolgenden Bewegungsmodus reagiert wer¬ den, so daß die hierfür benötigte Leiεtung rechtzeitig be- reitεteht. Vorzugεweise werden diese Informationen und an¬ dere Informationen, die sich aus der zeitlichen Abfolge der einzelnen Steuerbefehle ergeben dazu verwendet um in einem Regelsystem unter Einbeziehung der Verbrauchscharakteristi- ker des Antriebs, beispielsweise eines Dieselmotors, und deε Speichervolumens eines eventuell vorhandenen Druckspei¬ chers, den Dieselmotor derart zu betreiben, daß er mit mi¬ nimalen Verbrauch arbeitet. Time until a new movement module is started. As a result, it is possible to react early to changed performance requirements from a subsequent movement mode, so that the power required for this is available in good time. This information and other information which result from the chronological sequence of the individual control commands are preferably used to in a control system, taking into account the consumption characteristics of the drive, for example a diesel engine, and the storage volume of a possibly present pressure accumulator To operate the diesel engine in such a way that it works with minimal consumption.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Steuerung eines Bewegungsablaufs bei einer fortbewegbaren Landbearbeitungsmaschine mit folgenden Merkma- len: a) In einem Lernschritt wird der Maschine (AG) ein Bewegungs¬ ablauf in Form von Steuerbefehlen für einzelne Funktion¬ steile (AT) der Maschine beigebracht, wobei einmal eine Ortsbestimmung der Landbearbeitungsmaεchine anhand eineε globalen Positionierungssystemε (AI, A2) ) in der Form durchgeführt wird, daß mindestens ein Wirkort (WO) einer zu verrichtenden Landbearbeitung in Verbindung mit festge¬ haltenen Parametern von Bewegungsfreiheitsgraden (10-50) der Landbearbeitungsmaschine und deren Abmessungen, refe- renzierbar wird; b) in einem zweiten Schritt werden die gelernten Steuerbefeh¬ le wiederholt, wobei jedoch mindestens ein Steuerbefehl automatisch oder manuell variiert wird.1. Method for controlling a motion sequence in a locomotive machine that can be moved with the following features: a) In a learning step, the machine (AG) is taught a motion sequence in the form of control commands for individual functional parts (AT) of the machine, once a location determination of the agricultural machine using a global positioning system (AI, A2)) is carried out in such a way that at least one place of action (WO) of agricultural work to be performed in conjunction with fixed parameters of degrees of freedom of movement (10-50) of the agricultural machine and their dimensions , can be referenced; b) in a second step, the learned control commands are repeated, but at least one control command is varied automatically or manually.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Landbearbeitungsmaschine die Steuerbefehle durch manuelle Eingabe von einem Bediener beigebracht werden.2. The method of claim 1, wherein the agricultural machine, the control commands are taught by manual input by an operator.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Landbearbeitungsmaεchine die Steuerbefehle beige¬ bracht werden, indem anhand eineε Computer-3. The method as claimed in claim 1, in which the agricultural commands are taught the control commands by using a computer
Konstruktionsmodells der Landbearbeitungsmaεchine und eines Computer-Konstruktionsmodells des zu bearbeitenden Landes er¬ stellte und gespeicherte Steuerbefehle der Steuerung der Ma- schine zugeführt werden.Construction model of the agricultural machine and a computer construction model of the country to be worked and stored control commands are fed to the control of the machine.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Anεprüche, bei dem für mindeεtens einen Steuerbefehl zuvor festlegbar iεt, ob dieser bei der Wiederholung manuell oder automatisch durchgeführt werden soll.4. Method according to one of the preceding claims, in which it is possible to determine beforehand for at least one control command whether it is to be carried out manually or automatically during the repetition.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine automatische Variation eines Steuer¬ befehles in der Form durchgeführt wird, daß jede wiederholte Bewegung des Funktionsteiles (15) , welches dieser Steuerbe¬ fehl steuert durch eine vorgebbare Funktion geändert wird.5. The method according to any one of the preceding claims, in which at least one automatic variation of a control command is carried out in such a way that every repeated movement of the functional part (15) which controls this control command is changed by a predefinable function.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Anεprüche, bei dem der Bewegungsablauf Verrichtungen der Landbearbei¬ tungsmaschine an mindestens zwei Orten ( O10, 020) beinhal¬ tet, wobei die Position des ersten Ortes durch Variation ei- nes Steuerbefehles verändert wird, die Position des zweiten Ortes jedoch durch Eingabe dessen Absolutkoordinaten bezüg¬ lich des globalen Positionierungεεyεtems beibehalten wird und die Steuerbefehle, welche die Fortbewegung zum zweiten Ort betreffen in Abhängigkeit der Variation der Position des er- sten Orteε automatiεch ermittelt werden.6. The method as claimed in one of the preceding claims, in which the movement sequence includes operations of the agricultural machine at at least two locations (O10, 020), the position of the first location being changed by varying a control command, the position of the second However, the location is maintained by entering its absolute coordinates with respect to the global positioning system and the control commands relating to the movement to the second location are determined automatically as a function of the variation in the position of the first location.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Anεprüche, bei dem aus dem bekannten zu wiederholenden Steuerbefehlen der Leistungsbedarf für Antriebsfunktionselemente der Landbe- arbeitungsmaschine im voraus ermittelt wird und die Leistung der Antriebsfunktionεelemente demgemäß geεteuert wird.7. Method according to one of the preceding claims, in which the power requirement for drive function elements of the agricultural machine is determined in advance from the known control commands to be repeated and the power of the drive function elements is controlled accordingly.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, a) bei der erste Mittel zur globalen Positionierung (Al,A2) vorgesehen sind, b) bei der zweite Mittel zur elektronischen Steuerung der Funktionselemente vorgesehen sind, c) und bei der Mittel zur Eingabe von Steuerbefehlen vorgese- hen sind.8. Arrangement for carrying out the method according to one of the preceding claims, a) are provided in the first means for global positioning (A1, A2), b) are provided in the second means for electronic control of the functional elements, c) and in the means are provided for entering control commands.
9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der Anzeigemittel zur Darstellung des Arbeitsbereichs (AZU) und der ermittelten globalen Position vorgesehen sind.9. Arrangement according to claim 8, are provided in the display means for displaying the work area (AZU) and the determined global position.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei der Mittel zur Leistungssteuerung von Antriebsfunktionse¬ lementen der Landbearbeitungsmaschine vorgesehen sind.10. Arrangement according to one of claims 8 to 9, in which means for power control of drive functional elements of the agricultural machine are provided.
11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der aus den zu wiederholenden Steuerbefehlen für den Be¬ wegungsablauf der Landbearbeitungsmaεchine auf einen Druckbe¬ darf von fallweise eingesetzten Hydraulikzylindern (10-30) geschlossen wird und der Druckvorrat entsprechend bereitge¬ stellt wird.11. The arrangement as claimed in claim 10, in which, from the control commands to be repeated for the movement sequence of the agricultural working machine, a pressure requirement of occasionally used hydraulic cylinders (10-30) is inferred and the pressure supply is made available accordingly.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei der die zeitliche Abfolge der Steuerbefehle und das Zu- εammenεpiel der einzelnen Funktionselemente für die Steuerung der Leistung eines Antriebsmotors verwendet wird. 12. Arrangement according to one of claims 10 or 11, in which the chronological sequence of the control commands and the interplay of the individual functional elements is used for controlling the power of a drive motor.
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