WO2020021059A1 - Verfahren zum bestimmen eines winkels eines arbeitsgeräts einer maschine - Google Patents

Verfahren zum bestimmen eines winkels eines arbeitsgeräts einer maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2020021059A1
WO2020021059A1 PCT/EP2019/070168 EP2019070168W WO2020021059A1 WO 2020021059 A1 WO2020021059 A1 WO 2020021059A1 EP 2019070168 W EP2019070168 W EP 2019070168W WO 2020021059 A1 WO2020021059 A1 WO 2020021059A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
superstructure
angle
rotation
angular velocity
imu
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/070168
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Adrien JAEGY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Original Assignee
Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Mining Equipment Colmar SAS filed Critical Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Priority to CN201980049928.XA priority Critical patent/CN112567097B/zh
Priority to US17/263,136 priority patent/US12134879B2/en
Priority to AU2019309447A priority patent/AU2019309447B2/en
Priority to CA3107557A priority patent/CA3107557A1/en
Publication of WO2020021059A1 publication Critical patent/WO2020021059A1/de
Priority to ZA2021/00483A priority patent/ZA202100483B/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • 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
    • E02F3/30—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 with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/308—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 with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working outwardly
    • 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
    • E02F3/30—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 with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—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 with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an angle of an implement of a machine, and a corresponding machine.
  • a method for determining an angle of an implement of a machine For working machines, in particular for excavators, it is advantageous if they can precisely determine the angle of an implement, for example the angles of the excavator arm elements.
  • Various ways are known from the prior art for determining such an angle, but none of them is both robust, inexpensive, precise and easy to integrate. In this context, it is also desirable if an implementation for determining an angle, of an implement, can also be easily retrofitted.
  • an IMU an inertial measuring unit
  • the gravitational force represents a vertical acceleration and can therefore be measured using an IMU. Looking at the location of this gravitational force from its projection onto the three axes of the accelerometer, it is possible to derive the angle of the IMU with respect to a vertical. Such a procedure is described, for example, in US 9618338 B2. Therefore, by installing IMUs on the implement, it is possible to determine the angle of the implement more or less exactly.
  • the invention relates to a method for determining an angle of an implement of a machine, in particular an excavator, the machine having an undercarriage and a superstructure which can be rotated about it, the implement being fastened to the superstructure via a swivel joint in such a way that the axis of rotation of the swivel joint is orthogonal to the axis of rotation of the rotating superstructure, the implement is provided with an IMU, i.e.
  • an inertial measuring unit which is designed to detect an angular velocity in three spatial directions, which are preferably perpendicular to one another, and a first of the three spatial directions, the angular velocity of which is determined by the IMU is detectable, is parallel to the axis of rotation of the swivel.
  • the method is characterized in that an angular velocity occurring when the uppercarriage rotates is detected by the IMU, and an angle of the implement relative to the axis of rotation of the uppercarriage is determined on the basis of the detected angular velocity of the uppercarriage.
  • the present invention does not attempt to suppress the effects of a rotation of the superstructure, but uses its characteristics for determining the angle.
  • the rotation of the superstructure is an angular velocity that points constantly upwards (or downwards) when you take the focus of the machine or the excavator.
  • the angular velocity or the vector of the angular velocity is always perpendicular to the plane defined by the rotation of the superstructure.
  • the IMU gyrometers i.e. those devices that detect the angular velocity for a particular spatial direction, are arranged such that two of them are orthogonal to the axis of rotation of the rotary joint of the implement.
  • a first of the three spatial directions, the angular velocity of which is recorded by the IMU is parallel to the axis of rotation of the swivel joint, so that the other two spatial directions must be orthogonal to it.
  • the angular velocity of which can be detected with the help of the IMU the projection of the angular velocity, which is caused by a rotation of the superstructure, can now be measured precisely. It is therefore possible to precisely determine the angle of an implement on which an IMU is mounted with respect to the axis of rotation of the superstructure using the measured angular velocities.
  • the angular velocity occurring when the uppercarriage rotates is reflected in the angular velocities of the two spatial directions of the IMU, which are different from the first of the three spatial directions, so that the angle of the implement can be determined from this.
  • the two angular velocities of the IMU are preferably as for the spatial directions which are different from the first of the three spatial directions.
  • the function atan2, also called arctan2 is an extension of the inverse angular function arctangent and takes two real numbers as arguments, so that, in contrast to normal arctangent, it has enough information to be able to output the function value in a value range of 360 degrees. It is therefore also necessary for the invention to include that the angular velocities for determining the angle are subjected to a case-dependent arctangent function.
  • the angle of the implement is only determined on the basis of the angular velocity of a rotation of the superstructure if the angular velocity is above a threshold value. It can further be provided that if the angular velocity of a rotation of the superstructure is below the threshold value or on the threshold value, the angle of the implement is determined using an alternative method, preferably based on an acceleration detected by the IMU. In addition, it can be provided that a weighting is provided for determining the angle of the implement, and a determination based on the angular velocity is provided with a weighting factor which varies depending on the angular velocity of a rotation of the superstructure.
  • the weighting factor may take a large value when the angular velocity of the uppercarriage rotation is high and low when the angular velocity of the uppercarriage rotation is low.
  • the invention further comprises a machine, comprising: an undercarriage, an uppercarriage which is rotatable relative to the undercarriage, a working device which is fastened to the superstructure via a swivel joint in such a way that the axis of rotation of the swivel joint is orthogonal to the axis of rotation of the rotatable superstructure, and an IMU that is, an inertial measuring unit, which is provided in the working device and is designed to detect an angular velocity in three spatial directions, a first of the three spatial directions, the angular velocity of which can be detected by the IMU, being parallel to the axis of rotation of the swivel joint.
  • the machine is characterized in that an angle determination unit is provided for determining an angle of the implement relative to the axis of rotation of the uppercarriage, the angle determination unit being designed to determine the angle of the implement on the basis of the angular velocity detected by the IMU when the uppercarriage rotates to determine.
  • the trick is used again that the vector of the angular velocity is orthogonal to the plane defined by the rotation, so that the angular velocity sensor that detects the spatial direction that is parallel to the axis of rotation of the swivel joint does not when the superstructure rotates Rash noted.
  • the axis of rotation and the spatial direction running parallel thereto are arranged perpendicular to the axis of rotation of the rotatable superstructure.
  • the spatial directions detected by the IMU are orthogonal to one another.
  • the angular velocity occurring when the uppercarriage rotates is reflected in the angular velocities of the two spatial directions of the IMU, which are different from the first of the three spatial directions, the angular determination unit being designed to determine the angle of the implement from this.
  • the angle determination unit is designed to determine the angle of the implement on the basis of the angular velocity of a rotation of the uppercarriage only if the angular velocity is above a threshold value and then if the angular velocity of a rotation of the uppercarriage is below the threshold value or is at the threshold, the angle of the implement via an alternative method to be determined, preferably based on an acceleration detected by the IMU.
  • the machine is an excavator and the working device is an excavator arm which has an excavator bucket, an excavator arm and an excavator boom, the IMU being arranged on at least one of the components of the excavator arm in order to form an angle to the respective component of the excavator arm determine.
  • an IMU is provided on the superstructure, on the excavator bucket, on the excavator arm and on the excavator boom, which are preferably connected to the angle determination unit via a data line. This angle determination unit can then be designed to calculate or derive the angle of each element having its own IMU.
  • the components of the excavator arm are connected to one another via swivel joints, the axes of rotation of which are parallel to one another and thus are all perpendicular to the axis of rotation of an upper carriage rotation.
  • the angle determination unit is part of an electronic control device which is connected to the control of the machine.
  • Fig. 1 a schematic representation of a machine with a
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the invention.
  • the machine 1 can be seen, which is shown schematically only by the superstructure 4 and an attached implement 2, for example an excavator boom.
  • An IMU 8 which can detect an angular velocity in three spatial directions, is fixedly mounted on the excavator boom 2. These three spatial directions are orthogonal to one another, one of the three spatial directions being parallel to the axis of rotation 5 of the swivel joint 6, with which the implement 2 is pivotably arranged on the superstructure 4 of the machine 1.
  • the swivel joint 6 can correspond to a hinge joint. If the superstructure 4 now rotates about the axis of rotation 7 shown in FIG. 1 at the speed (0t z ), this leads to an angular speed, the vector of which is oriented parallel to the axis of rotation 7. The corresponding vector can of course also run counter to the arrow of the axis of rotation 7.
  • the IMU gyrometers that is to say those elements which record the angular velocity and which are arranged orthogonally to the axis of rotation 5 of the swivel joint 6, can then precisely measure the projections of the angular velocity. This is mainly done using the angular velocities (q c , q z ). It is therefore possible to determine the angle of an implement or an IMU 8 permanently connected to the implement by referring to the axis of rotation of the superstructure 4 using these two speeds (q c , q z ).
  • FIG. 3 One of several possibilities for implementation is shown in FIG. 3, the speed of rotation of the superstructure being compared with a threshold value B and if the speed is below a threshold value, the calculation of a raw angle a B is carried out in a conventional manner from the acceleration measurement units , and when the speed exceeds or reaches the threshold value, the raw angle a B is calculated from the gyrometers. It can also be provided that the raw angle a B is smoothed on the rotary joint using a collinear gyrometer.
  • a (t) is the angle obtained at time t
  • a switchover unit 10 changes the basis for calculating the angle as a function of the speed of rotation of the superstructure.
  • the angle is calculated in a conventional manner on the basis of the acceleration. Alternatively, it is possible to calculate the angle using the speeds, this being done only when the superstructure rotation has reached a certain speed.
  • 0p y represents the by.
  • IMU represents the angular velocity that precedes a kinematic chain.
  • a complete system which represents the advantages of the method according to the invention, can be composed as shown in FIG. 2.
  • An IMU is provided both on the excavator bucket 11 and on the excavator arm 12, and also on the excavator boom 13.
  • Another IMU 8 is also provided on the superstructure 4.
  • These four IMUs send their raw data (accelerations and Angular velocities) to an electronic unit (ECU), which contains the algorithms for calculating the relative angles between each part of the excavator arm or the superstructure. This means a calculation of the excavator bucket angle, the excavator arm angle, the excavator boom angle and an uppercarriage inclination and an uppercarriage roll angle.
  • the electronic control unit ECU can also calculate all the relative speeds associated with these angles. It can further be provided that this control unit is in communication with an excavator electronics system, which provides all the data via a suitable bus. In the drawing, this is shown with a control box (steering).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Winkels eines Arbeitsgeräts einer Maschine, wobei die Maschine einen Unterwagen und einen dazu drehbaren Oberwagen aufweist, das Arbeitsgerät über ein Drehgelenk an dem Oberwagen derart befestigt ist, dass die Drehachse des Drehgelenks orthogonal zur Drehachse des drehbaren Oberwagens ist, das Arbeitsgerät mit einer IMU, d.h. einer inertialen Messeinheit, versehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine Winkelgeschwindigkeit in drei Raumrichtungen (x, y, z) zu erfassen, die vorzugsweise senkrecht zueinander sind, und eine erste der drei Raumrichtungen (y), deren Winkelgeschwindigkeit (I) durch die IMU erfassbar ist, parallel zur Drehachse des Drehgelenks ist. Da Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine bei einer Drehung des Oberwagens auftretende Winkelgeschwindigkeit (II) durch die IMU erfasst wird, und ein Winkel des Arbeitsgeräts relativ zur Drehachse des Oberwagens auf Grundlage der erfassten Oberwagen-Winkelgeschwindigkeit (II) bestimmt wird.

Description

Verfahren zum Bestimmen eines Winkels eines Arbeitsgeräts einer Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Winkels eines Arbeitsgeräts einer Maschine, sowie eine entsprechende Maschine. Für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Bagger, ist es von Vorteil, wenn sie den Winkel eines Arbeitsgeräts bspw. die Winkel der Baggerarmelemente exakt bestimmen können. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Wege bekannt, einen solchen Winkel zu bestimmen, jedoch ist keine davon sowohl robust, preiswert, präzise und leicht zu integrieren. In diesem Zusammenhang ist es auch wünschenswert, wenn eine Umsetzung zum Bestimmen eines Winkels, eines Arbeitsgeräts auch leicht nachrüstbar ist.
Die Winkelberechnung mit Hilfe von Inertialeinheiten (IMU, englisch: Inertial Measurement Unit) erfüllt dabei nicht alle der vorgenannten Kriterien, da deren Genauigkeit bei hohen Geschwindigkeiten nachlässt. Zudem wirken für Arbeitsmaschinen, insbesondere für Bagger, besondere Einflüsse, sodass nicht einfach inertiale Navigationssysteme, wie sie beispielsweise bei Fluggeräten oder auch in PKWs genutzt werden, verwendet werden können.
Typischerweise wird dennoch auf eine IMU, eine inertiale Messeinheit, zurückgegriffen, die dann verwendet wird, eine Beschleunigung entlang von drei Achsen zu messen. Die Gravitationskraft stellt dabei eine vertikale Beschleunigung dar und kann daher mittels einer IMU gemessen werden. Betrachtet man die Lage dieser Gravitationskraft aus ihrer Projektion auf die drei Achsen des Beschleunigungsmessers, ist es möglich, den Winkel der IMU in Bezug auf eine Vertikale abzuleiten. Ein solches Vorgehen ist beispielsweise in der US 9618338 B2 beschrieben. Daher ist es durch das Installieren von IMUs auf dem Arbeitsgerät möglich, den Winkel des Arbeitsgeräts mehr oder weniger exakt zu bestimmen.
Problematisch hieran ist, dass sobald eine Bewegung auftritt, beispielsweise eine Oberwagenrotation eines Baggers oder einer anderen Baumaschine,
Zentrifugalkräfte zu den durch die IMU gemessenen Beschleunigungen hinzukommen. Daher ist die Berechnung des Winkels fehlerhaft, da die projizierte Kraft nicht länger lediglich vertikal ist, sondern eine Kombination der Gravitationskraft und der Zentrifugalkräfte darstellt. Um diese Effekte zu kompensieren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein geometrisches Modell der Maschine beziehungsweise des Baggers zu nutzen, um in Echtzeit die Zentrifugalkräfte an den Sensoren zu schätzen und diese beim Berechnen der Orientierung der vertikalen Gravitationskraft zu berücksichtigen. Ein solches Vorgehen ist beispielsweise in der AR 10 4232 A1 offenbart, das zwar relativ verlässliche Ergebnisse ergibt, jedoch nur zu dem Preis, dass man das geometrisches Modell der Maschine, beziehungsweise des Baggers, mit all seinen Längen, Abständen sowie der Positionen der mehreren IMUS erstellen und simulieren muss. Zudem erfordert diese Lösung eine mehr oder weniger komplexe Kalibrierphase.
Weiter ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, die dynamischen Effekte (Zentrifugalkraft etc.) herauszufiltern, beispielsweise unter Verwendung eines Kalman-Filters oder einer Kombination eines Hoch- und eines Tiefpassfilters. Dadurch lassen sich die dynamischen Effekte auf Grund einer Bewegung des Arbeitsgeräts beziehungsweise des Fahrzeugs abschwächen. Diese Umsetzung führt jedoch nicht in allen Fällen zu der gewünschten genauen Lösung. Darüber hinaus sind sämtliche am Markt verfügbaren Verfahren so ausgebildet, dass sie eine initiale Kalibrierung erfordern, die zusätzliche Ressourcen in Anspruch nimmt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass existierende Verfahren darauf gerichtet sind, die unerwünschten Effekte der Zentrifugalkräfte, insbesondere bei einer Rotation eines Oberwagens, abzuschwächen, um das verwendete Messprinzip in seiner Genauigkeit zu stärken.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung eine Winkelbestimmung eines Arbeitsgeräts bereitzustellen, die die oben aufgeführten Nachteile überwindet. Dies gelingt mit einem Verfahren, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist oder eine Maschine, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 9 besitzt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Winkels eines Arbeitsgeräts einer Maschine, insbesondere eines Baggers, wobei die Maschine einen Unterwagen und einen dazu drehbaren Oberwagen aufweist, das Arbeitsgerät über ein Drehgelenk an dem Oberwagen derart befestigt ist, dass die Drehachse des Drehgelenks orthogonal zur Drehachse des drehbaren Oberwagens ist, das Arbeitsgerät mit einer IMU, das heißt einer inertialen Messeinheit, versehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine Winkelgeschwindigkeit in drei Raumrichtungen zu erfassen, die vorzugsweise senkrecht zueinander sind, und eine erste der drei Raumrichtungen, deren Winkelgeschwindigkeit durch die IMU erfassbar ist, parallel zur Drehachse des Drehgelenks ist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine bei einer Drehung des Oberwagens auftretende Winkelgeschwindigkeit durch die IMU erfasst wird, und ein Winkel des Arbeitsgeräts relativ zur Drehachse des Oberwagens auf Grundlage der erfassten Winkelgeschwindigkeit des Oberwagens bestimmt wird. Im Unterschied zu den vorbekannten Ansätzen zum Bestimmen des Winkels des Arbeitsgeräts versucht die vorliegende Erfindung die Effekte einer Drehung des Oberwagens nicht zu unterdrücken, sondern nutzt deren Charakteristika zur Winkelbestimmung.
Bei näherer Betrachtung ist die Drehung des Oberwagens eine Winkelgeschwindigkeit die konstant nach oben (oder nach unten) zeigt, wenn man den Blickpunkt der Maschine, beziehungsweise des Baggers annimmt. Die Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise der Vektor der Winkelgeschwindigkeit steht dabei immer senkrecht zu der durch die Rotation des Oberwagens definierten Ebene. Die Gyrometer der IMU, also diejenigen Vorrichtungen, die die Winkelgeschwindigkeit für eine jeweilige Raumrichtung erfassen, sind dabei so angeordnet, dass zwei von ihnen orthogonal zur Drehachse des Drehgelenks des Arbeitsgeräts sind. Schließlich ist eine erste der drei Raumrichtungen, deren Winkelgeschwindigkeit durch die IMU erfasst wird, parallel zur Drehachse des Drehgelenks, sodass sich die anderen beiden Raumrichtungen orthogonal dazu befinden müssen. Mit Hilfe der beiden zur Drehachse orthogonal angeordneten Raumrichtungen, deren Winkelgeschwindigkeit mit Hilfe des IMUs erfasst werden kann, kann man nun die Projektion der Winkelgeschwindigkeit, die durch eine Drehung des Oberwagens hervorgerufen wird, präzise messen. Es ist daher möglich, den Winkel eines Arbeitsgeräts, an dem eine IMU montiert ist, in Bezug auf die Drehachse des Oberwagens unter Verwendung der gemessenen Winkelgeschwindigkeiten präzise zu bestimmen. Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung findet die bei einer Drehung des Oberwagens auftretende Winkelgeschwindigkeit Niederschlag in den Winkelgeschwindigkeiten der beiden Raumrichtungen der IMU, die zu der ersten der drei Raumrichtungen verschieden sind, sodass hieraus der Winkel des Arbeitsgeräts bestimmt werden kann.
Vorzugsweise sind die beiden Winkelgeschwindigkeiten der IMU für die Raumrichtungen, die zu der ersten der drei Raumrichtungen verschieden sind, als Argumente für die mathematische Funktion atan2 heranzuziehen, um den Winkel des Arbeitsgeräts zu bestimmen. Die Funktion atan2, auch genannt arctan2 ist eine Erweiterung der inversen Winkelfunktion Arkustangens und nimmt zwei reelle Zahlen als Argumente, sodass sie im Gegensatz zum normalen Arkustangens genügend Informationen hat, um den Funktionswert in einem Wertebereich von 360 Grad ausgeben zu können. Denknotwendigerweise ist damit also auch von der Erfindung erfasst, dass die Winkelgeschwindigkeiten zur Bestimmung des Winkels einer fallabhängigen Arkustangensfunktion unterzogen werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Winkel des Arbeitsgeräts unter Verwendung der Formel: aG = atan2 ( sign(ßt z) qc ; sign(ßt z) qz ) bestimmt wird, wobei aG der Winkel des Arbeitsgeräts relativ zu einer Drehrichtungsachse des Oberwagens ist, 0tz die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens ist, qc die von der IMU erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer zweiten der drei Raumrichtungen ist, und qz die von der IMU erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer dritten der drei Raumrichtungen ist. Darüber hinaus kann nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Winkel des Arbeitsgeräts nur dann auf Grundlage der Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens bestimmt wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit oberhalb eines Schwellenwerts liegt. Weiter kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens unterhalb des Schwellenwerts oder auf dem Schwellenwert liegt, der Winkel des Arbeitsgeräts über ein alternatives Verfahren bestimmt wird, vorzugsweise auf Grundlage von einer durch die IMU erfassten Beschleunigung. Zudem kann vorgesehen sein, dass eine Gewichtung zum Bestimmen des Winkels des Arbeitsgeräts vorgesehen sein, und eine Bestimmung auf Grund der Winkelgeschwindigkeit mit einem Gewichtungsfaktor versehen ist, der in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens variiert. So kann beispielsweise der Gewichtungsfaktor einen großen Wert annehmen, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Oberwagens groß ist und niedrig sein, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Oberwagens gering ist. Die Erfindung umfasst ferner eine Maschine, aufweisend: einen Unterwagen, einen gegenüber dem Unterwagen drehbaren Oberwagen, ein Arbeitsgerät, das über ein Drehgelenk an den Oberwagen derart befestigt ist, dass die Drehachse des Drehgelenks orthogonal zur Drehachse des drehbaren Oberwagens ist, und eine IMU, das heißt eine inertiale Messeinheit, die in dem Arbeitsgerät vorgesehen ist und dazu ausgelegt ist, eine Winkelgeschwindigkeit in drei Raumrichtungen zu erfassen, wobei eine erste der drei Raumrichtungen, deren Winkelgeschwindigkeit durch die IMU erfassbar ist, parallel zur Drehachse des Drehgelenks ist. Die Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine Winkelbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Winkels des Arbeitsgeräts relativ zur Drehachse des Oberwagens vorgesehen ist, wobei die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, den Winkel des Arbeitsgeräts auf Grundlage der durch die IMU erfasste, bei einer Drehung des Oberwagens auftretende Winkelgeschwindigkeit zu bestimmen.
Analog zum Gegenstand des Anspruchs 1 wird wieder der Kniff ausgenutzt, dass der Vektor der Winkelgeschwindigkeit orthogonal zur der durch die Drehung definierten Ebene ist, sodass derjenige Winkelgeschwindigkeitssensor, der die Raumrichtung erfasst, die parallel zur Drehachse des Drehgelenks ist, bei einer Drehung des Oberwagens keinen Ausschlag verzeichnet. Dies liegt darin begründet, da die Drehachse als auch die dazu parallel verlaufende Raumrichtung senkrecht zur Drehachse des drehbaren Oberwagens angeordnet sind. Im Ergebnis wird also die Winkelgeschwindigkeit, die sich durch ein Drehen des Oberwagens ergibt, in den zwei anderen Winkelgeschwindigkeitssensoren der anderen Raumrichtungen abgebildet, sodass eine Lage der IMU und des damit fest verbundenen Arbeitsgeräts abgeleitet werden kann.
Vorzugsweise wird klargestellt, dass die von der IMU erfassten Raumrichtungen orthogonal zueinander sind.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung findet die bei einer Drehung des Oberwagens auftretende Winkelgeschwindigkeit Niederschlag in den Winkelgeschwindigkeiten der beiden Raumrichtungen der IMU, die zu der ersten der drei Raumrichtungen verschieden sind, wobei die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, den Winkel des Arbeitsgeräts hieraus zu bestimmen.
Vorzugsweise ist die Winkelbestimmungseinheit der Maschine dazu ausgelegt, die beiden Winkelgeschwindigkeiten für die Raumrichtungen, die zu der ersten der drei Raumrichtungen verschieden sind, als Argumente für die mathematische Funktion atan2 zu verwenden, um den Winkel des Arbeitsgeräts zu bestimmen. Nach einer bevorzugten Umsetzung geschieht dies unter Heranziehung der Formel: aG = atan2 ( sign(ßtz ) qc ; sign(ßtz ) qz), wobei aG der Winkel des Arbeitsgeräts relativ zu einer Drehrichtungsachse des Oberwagens ist, qϊz die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens ist, qc die von der IMU erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer zweiten der drei Raumrichtungen ist, und qz die von der IMU erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer dritten der drei Raumrichtungen ist.
Ferner kann Vorgehen sein, dass die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, den Winkel des Arbeitsgeräts nur dann auf Grundlage der Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens zu bestimmen, wenn die Winkelgeschwindigkeit oberhalb eines Schwellenwerts liegt, und dann, wenn die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens unterhalb des Schwellenwerts oder auf dem Schwellenwert liegt, den Winkel des Arbeitsgeräts über ein alternatives Verfahren zu bestimmen, vorzugsweise auf Grundlage von einer durch die IMU erfassten Beschleunigung.
Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung ist die Maschine ein Bagger und das Arbeitsgerät ein Baggerarm, der einen Baggerlöffel, einen Baggerstiel und einen Baggerausleger aufweist, wobei die IMU an mindestens einem der Bestandteile des Baggerarms angeordnet ist, um einen Winkel des jeweiligen Bestandteils des Baggerarms zu bestimmen. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass am Oberwagen, am Baggerlöffel, am Baggerstiel und am Baggerausleger jeweils eine IMU vorgesehen ist, die vorzugsweise über eine Datenleitung mit der Winkelbestimmungseinheit verbunden sind. Diese Winkelbestimmungseinheit kann dann dazu ausgelegt sein, den Winkel jedes über eine eigene IMU verfügenden Elements zu berechnen beziehungsweise herzuleiten.
Nach einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung sind die Bestandteile des Baggerarms über Drehgelenke miteinander verbunden, deren Drehachsen parallel zueinander sind und somit alle senkrecht auf die Drehachse einer Oberwagendrehung stehen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Winkelbestimmungseinheit Teil eines elektronischen Steuergeräts ist, das in Verbindung mit der Steuerung der Maschine steht.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Maschine mit einem
Arbeitsgerät, das mit einer IMU versehen ist, Fig. 2: eine Seitenansicht eines Minenbaggers mit unterschiedlichen Anordnungsposition verschiedener IMUs, und
Fig. 3: eine Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figure imgf000011_0001
einem abstrakten Schaubild.
Fig. 1 zeigt dabei eine schematische Darstellung der Erfindung. Man erkennt die Maschine 1 , die schematisch nur durch den Oberwagen 4 und ein daran befestigtes Arbeitsgerät 2, beispielsweise ein Baggerausleger, dargestellt ist.
An dem Baggerausleger 2 ist fest daran eine IMU 8 montiert, die eine Winkelgeschwindigkeit in drei Raumrichtungen erfassen kann. Diese drei Raumrichtungen sind orthogonal zueinander, wobei eine der drei Raumrichtungen parallel zur Drehachse 5 des Drehgelenks 6 ist, mit dem das Arbeitsgerät 2 an dem Oberwagen 4 der Maschine 1 schwenkbar angeordnet ist. Das Drehgelenk 6 kann dabei einem Scharniergelenk entsprechen. Rotiert nun der Oberwagen 4 um die in der Figur 1 dargestellten Drehachse 7 mit der Geschwindigkeit (0tz), so führt dies zu einer Winkelgeschwindigkeit, deren Vektor parallel zur Drehachse 7 orientiert ist. Der entsprechende Vektor kann selbstverständlich auch gegenläufig zu dem Pfeil der Drehachse 7 verlaufen. Die IMU Gyrometer, also diejenigen Elemente, die die Winkelgeschwindigkeit erfassen, welche orthogonal zu der Drehachse 5 des Drehgelenks 6 angeordnet sind, können dann die Projektionen der Winkelgeschwindigkeit präzise messen. Vorwiegend geschieht dies mit Hilfe der Winkelgeschwindigkeiten ( qc , qz). Es ist daher möglich, den Winkel eines Arbeitsgeräts beziehungsweise einer mit dem Arbeitsgerät fest verbundenen IMU 8 zu bestimmen, in dem auf die Drehachse des Oberwagens 4 unter Fieranziehung dieser beiden Geschwindigkeiten ( qc , qz) Bezug genommen wird. In der einfachsten Umsetzung kann die Berechnung gebildet werden durch: aG = atan2 ( sign(ßtz ) qc ; sign(ßtz ) qz ) bestimmt wird, wobei aG der Winkel des Arbeitsgeräts relativ zu einer Drehrichtungsachse des Oberwagens ist, qϊz die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens ist, qc die von der IMU erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer zweiten der drei Raumrichtungen ist, und qz die von der IMU erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer dritten der drei Raumrichtungen ist.
Das Vorgehen ist ziemlich ähnlich zu einem Verfahren zum Auffinden der Schwerkraft in den Beschleunigungsmessungen, jedoch werden hier nicht dieselben physikalischen Werte beobachtet, da es vorliegend das Ziel ist, die Drehgeschwindigkeit des Oberwagens in den Gyrometermessungen zu finden. Dieser Ansatz wurde in keinem bis zum Anmeldetag verfügbaren Stand der Technik verfolgt.
Vorteilhaft ist dies, da es keine parasitären Geschwindigkeiten gibt, die die Berechnungen stören können. Dies liegt darin begründet, da die Drehgeschwindigkeit des Oberwagens senkrecht zu dem Drehgelenk 6 eines Arbeitsgeräts 2 ist. Zudem werden die Gyrometer nicht durch Schläge und Vibrationen gestört, sodass ein Auslesen der relevanten Daten einfacher erfolgen kann als ein Auslesen von Beschleunigungen und demnach auch weniger Filterung bedarf.
Während eines Arbeitszyklus der Maschine ist es mit der Erfindung demnach möglich, die Winkel des Arbeitsgeräts unter Heranziehung der vorliegend erklärten Idee präzise zu bestimmen, unabhängig von irgendwelchen dynamischen Geschwindigkeiten in Bezug auf das Drehgelenk 6 des Arbeitsgeräts 2.
Um auch einen Winkel des Arbeitsgeräts 2 bestimmen zu können, wenn der Oberwagen 4 keine Drehung ausführt, ist es erforderlich, einen Fusionsalgorithmus für mehrere Datenquellen vorzusehen, der einen Winkel zum einen aus Beschleunigungsmesseinheiten (herkömmliche Art der Winkelbestimmung) und zum anderen aus Gyrometern, also Winkelgeschwindigkeitsmesseinheiten bestimmt, wenn es eine Oberwagenrotationsgeschwindigkeit gibt. Zudem kann eine gyroskopische Integration von kollinearen Gyrometern an den Drehgelenken beziehungsweise dem Drehgelenk 6 vorgesehen seien.
Dabei ist eine von mehreren Möglichkeiten zur Umsetzung in Fig. 3 dargestellt, wobei die Drehgeschwindigkeit des Oberwagens mit einem Schwellenwert B verglichen wird und wenn die Geschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwerts liegt, die Berechnung eines Rohwinkels aB nach herkömmlicher Art und Weise aus den Beschleunigungsmesseinheiten vollzogen wird, und dann, wenn die Geschwindigkeit den Schwellenwert übertrifft oder erreicht, der Rohwinkel aB aus den Gyrometern berechnet wird. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Rohwinkel aB mit Hilfe eines kollinearen Gyrometers an dem Drehgelenk geglättet wird. Ist zum Beispiel a(t) der zum Zeitpunkt t erhaltene Winkel, so kann der Winkel zum Zeitpunkt a (t + 1) mit a(t ) + ä t + c(- l)x berechnet werden, wobei ä die relative Winkelgeschwindigkeit, At der Zeitschritt, c ein Koeffizient und x = 0 ist, falls der vorhergehende Winkel kleiner als der Rohwinkel aB ist, oder x = 1 ist, falls das Gegenteil der Fall ist.
Eine komplette Umsetzung findet sich in Fig. 3, bei der eine Umschalteinheit 10 die Grundlage zur Berechnung des Winkels in Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens ändert. In der dargestellten Stellung der Umschalteinheit 10 wird der Winkel auf Grundlage der Beschleunigung in herkömmlicher Art und Weise berechnet. Alternativ dazu ist es möglich, den Winkel mit Hilfe der Geschwindigkeiten zu berechnen, wobei dies nur dann gemacht wird, wenn die Oberwagenrotation eine gewisse Geschwindigkeit erreicht hat. 0py stellt dabei die durch die. IMU gemessene Winkelgeschwindigkeit dar, die in einer kinematischen Kette vorläuft.
Ein komplettes System, das die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, kann sich dabei wie in Fig. 2 dargestellt zusammensetzen. Eine IMU ist sowohl an dem Baggerlöffel 11 , als auch an dem Baggerstiel 12, und auch an dem Baggerausleger 13 vorgesehen. Eine weitere IMU 8 ist auch an dem Oberwagen 4 vorgesehen. Diese vier IMUs senden ihre Rohdaten (Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten) an eine elektronische Einheit (ECU), die die Algorithmen zum Berechnen der Relativwinkel zwischen jeden Teil des Baggerarms beziehungsweise des Oberwagens enthält. Dies bedeutet, eine Berechnung des Baggerlöffelwinkels, des Baggerstielwinkels, des Baggerauslegerwinkels und einen Oberwagenneigungs- sowie einen Oberwagenrollwinkel. Die elektronische Steuereinheit ECU kann auch all die mit diesen Winkeln verknüpften Relativgeschwindigkeiten berechnen. Ferner kann vorgesehen sein, dass diese Steuereinheit mit einer Baggerelektronik in einer Kommunikationsverbindung steht, die über einen geeigneten Bus sämtliche Daten bereitstellt. In der Zeichnung ist dies mit einer Steuerbox (Steering) dargestellt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen eines Winkels eines Arbeitsgeräts (2) einer Maschine (1 ), wobei
die Maschine (1 ) einen Unterwagen (3) und einen dazu drehbaren Oberwagen (4) aufweist,
das Arbeitsgerät (2) über ein Drehgelenk an dem Oberwagen (4) derart befestigt ist, dass die Drehachse (5) des Drehgelenks (6) orthogonal zur Drehachse (7) des drehbaren Oberwagens (4) ist,
das Arbeitsgerät (2) mit einer IMU (8), d.h. einer inertialen Messeinheit, versehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine Winkelgeschwindigkeit in drei Raumrichtungen (x, y, z) zu erfassen, die vorzugsweise senkrecht zueinander sind, und
eine erste der drei Raumrichtungen (y), deren Winkelgeschwindigkeit (Öy) durch die IMU (8) erfassbar ist, parallel zur Drehachse (5) des Drehgelenks (6) ist, dadurch gekennzeichnet, dass
eine bei einer Drehung des Oberwagens (4) auftretende
Winkelgeschwindigkeit ( qϊz ) durch die IMU (8) erfasst wird, und
ein Winkel des Arbeitsgeräts (2) relativ zur Drehachse (7) des Oberwagens (4) auf Grundlage der erfassten Oberwagen-Winkelgeschwindigkeit ( qϊz ) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die bei einer Drehung des Oberwagens (4) auftretende Winkelgeschwindigkeit (9tz) Niederschlag in den Winkelgeschwindigkeiten (qc, 9Z) der beiden Raumrichtungen (x, z) der IMU (8) findet, die zu der ersten der drei Raumrichtungen (y) verschieden sind, und der Winkel des Arbeitsgeräts (2) hieraus bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die beiden Winkelgeschwindigkeiten ( 9X , 9Z) der IMU (8) für die Raumrichtungen, die zu der ersten der drei Raumrichtungen verschieden sind, als Argumente für die mathematische Funktion atan2 verwendet werden, um den Winkel des Arbeitsgeräts (2) zu bestimmen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel des Arbeitsgeräts (2) unter Verwendung der Formel: aG = atan2 ( sign(ßt z) qc ; sign(ßt z) qz ) bestimmt wird, wobei
aG der Winkel des Arbeitsgeräts (2) relativ zu einer Drehrichtungsachse des Oberwagens (4) ist,
9tz die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens (4) ist,
9X die von der IMU (8) erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer zweiten der drei Raumrichtungen ist, und
9Z die von der IMU (8) erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer dritten der drei Raumrichtungen ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel des
Arbeitsgeräts (2) nur dann auf Grundlage der Winkelgeschwindigkeit ( qϊz ) einer Drehung des Oberwagens (4) bestimmt wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit ( qϊz ) oberhalb eines Schwellenwerts (B) liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei dann, wenn die Winkelgeschwindigkeit
( 9tz ) einer Drehung des Oberwagens (4) unterhalb des Schwellenwerts (B) oder auf dem Schwellenwert (B) liegt, der Winkel des Arbeitsgeräts (2) über ein alternatives Verfahren bestimmt wird, vorzugsweise auf Grundlage von einer durch die IMU (8) erfassten Winkelbeschleunigung.
7. Maschine (1 ), insbesondere ein Bagger, umfassend:
einen Unterwagen (3),
einen gegenüber dem Unterwagen (3) drehbaren Oberwagen (4),
ein Arbeitsgerät (2), das über ein Drehgelenk (6) an dem Oberwagen (4) derart befestigt ist, dass die Drehachse (5) des Drehgelenks (6) orthogonal zur Drehachse (7) des drehbaren Oberwagens (4) ist, und
eine IMU (8), d.h. eine inertiale Messeinheit, die an dem Arbeitsgerät (2) vorgesehen ist und dazu ausgelegt ist, eine Winkelgeschwindigkeit in drei Raumrichtungen (x, y, z) zu erfassen, wobei
eine erste der drei Raumrichtungen (y), deren Winkelgeschwindigkeit (Öy) durch die IMU (8) erfassbar ist, parallel zur Drehachse (5) des Drehgelenks (6) ist, gekennzeichnet durch
eine Winkelbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Winkels des Arbeitsgeräts (2) relativ zur Drehachse (7) des Oberwagens (4), wobei
die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, den Winkel des Arbeitsgeräts (2) auf Grundlage der durch die IMU (8) erfasste, bei einer Drehung des Oberwagens (4) auftretende Winkelgeschwindigkeit ( qϊz ) zu bestimmen.
8. Maschine (1 ) nach Anspruch 7, wobei die von der IMU (8) erfassten Raumrichtungen orthogonal zueinander sind.
9. Maschine (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die bei einer Drehung des Oberwagens (4) auftretende Winkelgeschwindigkeit ( qϊz ) Niederschlag in den Winkelgeschwindigkeiten ( qc , qz) der beiden Raumrichtungen (x, z) der IMU (8) findet, die zu der ersten der drei Raumrichtungen (y) verschieden sind, und die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, den Winkel des Arbeitsgeräts (2) hieraus zu bestimmen.
10. Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, die beiden Winkelgeschwindigkeiten (qc, qz) für die Raumrichtungen (x, z), die zu der ersten der drei Raumrichtungen (y) verschieden sind, als Argumente für die mathematische Funktion atan2 zu verwenden, um den Winkel des Arbeitsgeräts (2) zu bestimmen, vorzugsweise unter Verwendung der Formel:
aG = atan2 ( sign(ßtz ) qc ; sign(ßtz ) qz), wobei aG der Winkel des Arbeitsgeräts (2) relativ zu einer Drehrichtungsachse des Oberwagens (4) ist,
q z die Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Oberwagens (4) ist, qc die von der IMU (8) erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer zweiten der drei Raumrichtungen ist, und
qz die von der IMU (8) erfasste Winkelgeschwindigkeit in einer dritten der drei Raumrichtungen ist.
11. Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Winkelbestimmungseinheit dazu ausgelegt ist, den Winkel des Arbeitsgeräts (2) nur dann auf Grundlage der Winkelgeschwindigkeit (0tz) einer Drehung des Oberwagens (4) zu bestimmen, wenn die Winkelgeschwindigkeit (0tz) oberhalb eines Schwellenwerts liegt, und dann, wenn die Winkelgeschwindigkeit (0tz) einer Drehung des Oberwagens (4) unterhalb des Schwellenwerts (B) oder auf dem Schwellenwert (B) liegt, den Winkel des Arbeitsgeräts (2) über ein alternatives Verfahren zu bestimmen, vorzugsweise auf Grundlage von einer durch die IMU (8) erfassten Beschleunigung.
12. Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , wobei die Maschine (1 ) ein Bagger (9) ist und das Arbeitsgerät (2) ein Baggerarm (10), der einen Baggerlöffel (11 ), einen Baggerstiel (12) und einen Baggerausleger (13) aufweist, wobei die IMU (8) an mindestens einem der Bestandteile des Baggerarms (10) angeordnet ist, um einen Winkel des entsprechenden Bestandteils des Baggerarms (10) zu bestimmen.
13. Maschine (1 ) nach Anspruch 12, wobei am Oberwagen (4), am Baggerlöffel (11 ), am Baggerstiel (12) und am Baggerausleger (13) jeweils eine IMU (8) vorgesehen ist, die vorzugsweise über eine Datenleitung mit der Winkelbestimmungseinheit verbunden sind.
14. Maschine (1 ) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Bestandteile des Baggerarms (10) über Drehgelenke miteinander verbunden sind, deren Drehachsen parallel zueinander sind und somit alle senkrecht auf die Drehachse (7) einer Oberwagen-Drehung stehen.
15. Maschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 14, wobei die Winkelbestimmungseinheit Teil eines elektronischen Steuergeräts ist, das in Verbindung mit der Steuerung der Maschine (1 ) steht.
PCT/EP2019/070168 2018-07-26 2019-07-26 Verfahren zum bestimmen eines winkels eines arbeitsgeräts einer maschine Ceased WO2020021059A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980049928.XA CN112567097B (zh) 2018-07-26 2019-07-26 用于确定机器的作业设备的角度的方法
US17/263,136 US12134879B2 (en) 2018-07-26 2019-07-26 Method of determining an angle of a tool of a machine
AU2019309447A AU2019309447B2 (en) 2018-07-26 2019-07-26 Method for determining an angle of a tool of a machine
CA3107557A CA3107557A1 (en) 2018-07-26 2019-07-26 Method for determining an angle of a tool of a machine
ZA2021/00483A ZA202100483B (en) 2018-07-26 2021-01-22 Method of determining an angle of a tool of a machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018118147.7 2018-07-26
DE102018118147.7A DE102018118147A1 (de) 2018-07-26 2018-07-26 Verfahren zum Bestimmen eines Winkels eines Arbeitsgeräts einer Maschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020021059A1 true WO2020021059A1 (de) 2020-01-30

Family

ID=67544192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/070168 Ceased WO2020021059A1 (de) 2018-07-26 2019-07-26 Verfahren zum bestimmen eines winkels eines arbeitsgeräts einer maschine

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12134879B2 (de)
CN (1) CN112567097B (de)
AU (1) AU2019309447B2 (de)
CA (1) CA3107557A1 (de)
DE (1) DE102018118147A1 (de)
WO (1) WO2020021059A1 (de)
ZA (1) ZA202100483B (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3913326B1 (de) * 2020-05-20 2023-12-27 Roche Diagnostics GmbH Probenbehälterfeder-prüfvorrichtung
US11624169B2 (en) 2020-06-18 2023-04-11 Deere & Company Excavator with improved movement sensing
DE102021214441A1 (de) 2021-12-15 2023-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Korrektur einer Orientierungswinkel-Ermittlung eines Sensorsystems einer Arbeitsmaschine
ES3015735T3 (en) 2022-06-01 2025-05-07 Contelec Ag System comprising multiple inertial measurement units
EP4296435B1 (de) * 2022-06-22 2026-03-11 Leica Geosystems Technology A/S Verbesserte bestimmung eines auslegerschwenkwinkels eines baggers basierend auf der richtung der zentripetalbeschleunigung
EP4296433A1 (de) * 2022-06-22 2023-12-27 Leica Geosystems Technology A/S Verbesserte bestimmung eines baggerschwenkauslegerwinkels basierend auf einem winkelgeschwindigkeitsverhältnis
EP4517257A1 (de) * 2023-08-28 2025-03-05 Robert Bosch GmbH Verfahren zur bestimmung eines geschätzten drehwinkels eines drehgelenks einer arbeitsmaschine

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090312974A1 (en) * 2008-06-17 2009-12-17 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Inclinometer measurement system and method providing correction for movement induced acceleration errors
US20140168009A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-19 Trimble Navigation Ltd. Multi-IMU INS for vehicle control
US20160237655A1 (en) * 2014-06-04 2016-08-18 Komatsu Ltd. Posture computing apparatus for work machine, work machine, and posture computation method for work machine
US9618338B2 (en) 2014-03-18 2017-04-11 Caterpillar Inc. Compensating for acceleration induced inclination errors
AR104232A1 (es) 2015-04-13 2017-07-05 Leica Geosystems Pty Ltd Compensación dinámica del movimiento en maquinarias
US20170218595A1 (en) * 2016-02-02 2017-08-03 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavating Implement Heading Control
EP3235961A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-25 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Baumaschine
US20170321395A1 (en) * 2014-05-19 2017-11-09 Komatsu Ltd. Posture calculation device of working machinery, posture calculation device of excavator, and working machinery
DE102016014759A1 (de) * 2016-12-10 2018-06-14 Hydac Electronic Gmbh Verfahren und System zur Schätzung eines Winkels sowie Arbeitsmaschine
US20180171580A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavator Four-Bar Linkage Length And Angle Offset Determination Using A Laser Distance Meter

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010003205B4 (de) 2010-03-24 2020-01-16 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zur Bestimmung der vertikalen Beschleunigung, der longitudinalen Winkelbeschleunigung und der transversalen Winkelbeschleunigung eines Körpers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs
NL2006343C2 (nl) 2011-03-04 2012-09-05 Exsilent Res Bv Micro-omzetter, geluidsweergave-inrichting en hoortoestel.
US10329741B2 (en) * 2016-12-20 2019-06-25 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavator control architecture for generating sensor location and offset angle
GB2573304A (en) * 2018-05-01 2019-11-06 Caterpillar Inc A method of operating a machine comprising am implement

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090312974A1 (en) * 2008-06-17 2009-12-17 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Inclinometer measurement system and method providing correction for movement induced acceleration errors
US20140168009A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-19 Trimble Navigation Ltd. Multi-IMU INS for vehicle control
US9618338B2 (en) 2014-03-18 2017-04-11 Caterpillar Inc. Compensating for acceleration induced inclination errors
US20170321395A1 (en) * 2014-05-19 2017-11-09 Komatsu Ltd. Posture calculation device of working machinery, posture calculation device of excavator, and working machinery
US20160237655A1 (en) * 2014-06-04 2016-08-18 Komatsu Ltd. Posture computing apparatus for work machine, work machine, and posture computation method for work machine
AR104232A1 (es) 2015-04-13 2017-07-05 Leica Geosystems Pty Ltd Compensación dinámica del movimiento en maquinarias
US20170218595A1 (en) * 2016-02-02 2017-08-03 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavating Implement Heading Control
EP3235961A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-25 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Baumaschine
DE102016014759A1 (de) * 2016-12-10 2018-06-14 Hydac Electronic Gmbh Verfahren und System zur Schätzung eines Winkels sowie Arbeitsmaschine
US20180171580A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavator Four-Bar Linkage Length And Angle Offset Determination Using A Laser Distance Meter

Also Published As

Publication number Publication date
CN112567097A (zh) 2021-03-26
US20210180296A1 (en) 2021-06-17
ZA202100483B (en) 2022-06-29
CN112567097B (zh) 2023-01-24
CA3107557A1 (en) 2020-01-30
AU2019309447B2 (en) 2024-09-19
DE102018118147A1 (de) 2020-01-30
US12134879B2 (en) 2024-11-05
AU2019309447A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020021059A1 (de) Verfahren zum bestimmen eines winkels eines arbeitsgeräts einer maschine
EP2422018B1 (de) Mobile arbeitsmaschine mit einer positionsregeleinrichtung eines arbeitsarms und verfahren zur positionsregelung eines arbeitsarms einer mobilen arbeitsmaschine
DE112009001466B4 (de) Neigungsmesser-Messsystem und Verfahren zur Korrektur von bewegungsinduzierten Beschleunigungsfehlern
DE4142058C2 (de) Verfahren zum Erfassen des Drehwinkels eines sich drehenden Teils
DE102005046986B4 (de) Beschleunigungs/Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit
DE102009037880B4 (de) Mobile Arbeitsmaschine mit einer Regelvorrichtung mit einem Arbeitsarm und Verfahren zur Arbeitspunktregelung eines Arbeitsarms einer mobilen Arbeitsmaschine
DE3590225C2 (de)
DE112013000144B4 (de) Aushubsteuerungssystem für einen Hydraulikbagger
DE102007022196B4 (de) Drehwinkel-Detektorgerät, welches eine Messung von Graden einer Drehung einer Welle ermöglicht, die 360° überschreitet
DE112016000014B4 (de) Steuersystem für ein Arbeitsfahrzeug, Steuerverfahren und Arbeitsfahrzeug
DE10314106A1 (de) Steuerung von lenkbaren drehbaren Bohrwerkzeugen unter Verwendung von Servo-Beschleunigungsmessern
WO2007147383A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines lenkradwinkels
DE102010062016A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Bewegungsparametern bewegter Objekte
DE102021211517A1 (de) System und verfahren zur verfolgung der bewegung von gestängen für selbstfahrende arbeitsfahrzeuge in unabhängigen koordinatenrahmen
DE3406096C2 (de) Bohrlochmeßeinrichtung
DE102004026639A1 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Höhen- oder Steigungsinformation in einem Kraftfahrzeug
DE102018200060A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer mobilen Arbeitsmaschine und mobile Arbeitsmaschine
EP3839153A1 (de) Verfahren zur kalibrierung eines lage-/positionssensors
DE112020003864T5 (de) Beschleunigungs-Erfassungsvorrichtung, Arbeitsmaschine und Beschleunigungs-Erfassungsverfahren
WO2018162461A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur positionsbestimmung von kinematiken insbesondere mobiler arbeitsmaschinen
EP1889006A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der relativen lage, geschwindigkeit und/oder der beschleunigung eines körpers
EP4286609B1 (de) System aus mehreren inertialen messeinheiten
DE2631041A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur abstandsmessung
EP4399483A1 (de) Sensorvorrichtung und sensorsystem zur überwachung einer maschine
DE112021001043T5 (de) Bauverfahren und bausystem

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19749641

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3107557

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019309447

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20190726

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19749641

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1