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Title:
METHOD FOR ANALYSING THE SOIL PROPERTIES AND/OR THE DEGREE OF SOIL HARDNESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/229095
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for analysing the soil properties and/or the degree of hardness of the soil (6) using a tool (2) of a construction machine (1). The tool (2) is abruptly placed on the soil (6) in such a manner that the soil (6) produces an oscillation (7) or a vibration in the tool (2) as a pulse response, a signal for determining the position of the tool (2) is then captured over a predefinable period of time in a tool centre point estimation, and an oscillation analysis (12) of the signal is carried out in order to determine the position of the tool centre point. The features obtained from the oscillation analysis are compared with reference features and the soil properties and/or the degree of hardness of the soil (6) is/are classified on the basis of the comparison for analysing the soil properties and/or the degree of hardness of the soil (6). (Figure 1)

Inventors:
KRAUSE CHRISTIAN (DE)
LIU KAI (DE)
WAGNER HORST (DE)
MANGA BILGE (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/060892
Publication Date:
November 19, 2020
Filing Date:
April 17, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
G01V1/00; E02F9/26; G01H15/00; G01N3/40
Domestic Patent References:
WO2015155878A12015-10-15
Foreign References:
US5121365A1992-06-09
US20180251961A12018-09-06
DE102013211443A12014-12-24
Other References:
NIKOLAS TRAWNYSTERGIOS I. ROUMELIOTIS: "Dept. of Comp. Sci. & Eng., Tech. Rep 2", 2005, UNIVERSITY OF MINNESOTA, article "Indirect Kalman filter for 3D attitude estimation"
ROBERT MAHONYTAREK HAMELJEAN-MICHEL PFLIMLIN: "Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group", IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL, vol. 53.5, 2008, pages 1203 - 1218, XP011233723, DOI: 10.1109/TAC.2008.923738
SEBASTIAN MADGWICK: "Report x-io", vol. 25, 2010, UNIVERSITY OF BRISTOL, article "An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays"
MARK W. SPONG: "Robot modeling and control", vol. 3, 2006, WILEY, article "Seth Hutchinson und Mathukumalli Vidyasagar"
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Analyse einer Bodenbeschaffenheit und/oder eines

Härtegrads eines Bodens (6) mittels eines Werkzeugs (2) einer

Baumaschine (1), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Schlagartiges Absetzen (10) des Werkzeugs (2) auf dem Boden (6) derart, dass als Impulsantwort vom Boden (6) eine Schwingung (7) bzw. Vibration des Werkzeugs (2) entsteht;

- Erfassen (11) eines Signals (S) für eine Positionsbestimmung des Werkzeugs (2) bei einer Tool Center Point Estimation über eine vorgebbare Zeit;

- Durchführen einer Schwingungsanalyse (12) des Signals (S) für die Positionsbestimmung des Tool Center Points;

- Vergleich (13) der aus der Schwingungsanalyse (12) erhaltenen

Merkmale (u>kiein, u>groß) mit Referenzmerkmalen (u>ref); und

- Zuordnen (14) der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens (6) auf Grundlage des Vergleichs (13) zur Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens (6).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Positionsbestimmung bei der Tool Center Point Estimation über eine inertiale Messeinheit der Baumaschine (1) erfolgt, wobei das Signal für die Positionsbestimmung des Tool Center Points ein Sensorsignal (S) von inertialen Sensoren (4) der inertialen Messeinheit ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass bei der Schwingungsanalyse (12) eine Fourier- Transformation oder eine Wavelet-Analyse durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als

Merkmale charakteristische Frequenzen (u>kiein, u>groß) des Signals (S) verglichen werden. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens Regelparameter (A, B) zur Ansteuerung (20) der Baumaschine (1) und/oder des Werkzeugs (2) und/oder Trajektorien (X, Y) zur Sollwertbestimmung bestimmt (15) werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ansteuerns der Baumaschine (1) und/oder des Werkzeugs (2) basierend auf der Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens (1).

7. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des

Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.

8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein

Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.

9. Elektronisches Steuergerät (5), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eine Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens (6) durchzuführen.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zur Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse der

Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens mittels einer

Schwingungsanalyse eines Signals für die Positionsbestimmung eines Tool Center Points. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Stand der Technik

Bei Baumaschinen, die mit einem Werkzeug den Boden bearbeiten, wie z. B. Bagger, Radlager und Ähnlichem, ist es für die Steuerung bzw. Regelung des Werkzeugs von großem Vorteil die Bodenbeschaffenheit und/oder den Härtegrad des Bodens zu kennen. So muss das Werkzeug für den Fall eines harten, felsigen Bodens in anderer Weise gesteuert bzw. geregelt werden als für den Fall eines weichen, lehmigen Bodens und wiederum in anderer Weise als für den Fall von losem Kies oder Ähnlichem. Neben der Steuerung und Regelung des Werkzeugs, kann auch eine andere Baumaschine ggf. mit einem anderen Werkzeug benötigt werden. Die Einschätzung der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens obliegt meist einem Bediener der Baumaschine und/oder einem zu diesem Zweck bestellten Fachmann.

Die Tool Center Point Estimation ist ein Algorithmus zur Zustandsschätzung von Orientierung und Position eines Endeffektors. Der Endeffektor ist insbesondere ein Werkzeug oder ein Teil eines Werkzeugs, das einen Werkzeugarm mit mehreren Gliedern, die über Gelenke verbunden sind, aufweist. An jedem Glied des Werkzeugarms ist hierfür ein Sensor, vorzugsweise eine inertiale Messeinheit (IMU, inertial measuring unit), angeordnet, welcher Sensordaten an ein Rechengerät sendet. Die so ermittelten Sensordaten werden für jeden Sensor individuell gefiltert und zur Zustandsschätzung der Orientierung des jeweiligen Sensors relativ zu einem ortsfesten Inertialkoordinatensystem fusioniert.

Typischerweise verwendete Verfahren sind in der Abhandlung von Nikolas Trawny und Stergios I. Roumeliotis. "Indirect Kalman filter for 3D attitude estimation" University of Minnesota, Dept. of Comp. Sei. & Eng., Tech. Rep 2 (2005), in der Abhandlung von Robert Mahony, Tarek Hamei, und Jean-Michel Pflimlin, "Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group", IEEE Transactions on automatic control 53.5 (2008): 1203-1218, sowie in der

Abhandlung von Sebastian Madgwick, "An efficient Orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays" Report x-io and University of Bristol (UK) 25 (2010), beschrieben, auf die insoweit verwiesen wird.

Aus der so geschätzten Orientierung des Sensors wird zunächst die Orientierung des Glieds, an dem der Sensor angeordnet ist, bestimmt. Dies wird für alle Glieder des Werkzeugarms durchgeführt. Aus der relativen Orientierung zweier aufeinanderfolgender Glieder lässt sich bei bekannter Kinematik (zum Beispiel bei bekannten Denavit-Hartenberg Parametern) der Gelenkwinkel des Gelenks, das die beiden Glieder verbindet, berechnen. Sind schließlich alle Gelenkwinkel und die Maße der Glieder bekannt, folgt die gesamte Konfiguration des

Werkzeugarms direkt aus der Vorwärtskinematik und somit die Orientierung und Position des Endeffektors.

Für eine detaillierte Beschreibung wird auf die Abhandlung von Mark W. Spong, Seth Hutchinson und Mathukumalli Vidyasagar,„Robot modeling and control”, Vol. 3. New York: Wiley, 2006, verwiesen.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Verfahren zur Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens mittels eines Werkzeugs einer Baumaschine

vorgeschlagen. Die Baumaschine wird für das Verfahren in einen Testmodus versetzt. Bedingt durch die Bodenbeschaffenheit kann der Boden in

unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden, wie beispielsweise bezüglich des Materials, z. B. Erdboden, festes Gestein, Metall, aber auch bezüglich der Struktur, ob es sich beispielsweise um einen festen Boden oder lose Brocken handelt. Der Härtegrad des Bodens drückt aus, ob ein Boden eher hart und fest oder eher weich ist. Es gilt anzumerken, dass der Härtegrad auch als Teil der Bodenbeschaffenheit angesehen werden kann.

Das Werkzeug wird aus einer vorgegebenen Höhe, mit einer vorgegebenen Beschleunigung und mittels vorgebbarer Ansteuerungsparameter für das Werkzeug und/oder einen Arbeitsarm schlagartig auf dem Boden abgesetzt. Durch das schlagartige Absetzen des Werkzeugs wird im Boden eine

Schwingung bzw. Vibration erzeugt, deren Frequenz und Amplitude abhängig von der Bodenbeschaffenheit und dem Härtegrad des Bodens sind. Als

Impulsantwort vom Boden werden im Werkzeug selbst ebenfalls Schwingungen erzeugt. Hierbei gilt zu beachten, dass jedes Werkzeug, je nach Art, Struktur, Gewicht usw., unterschiedliche Schwingungen im Boden erzeugt und selbst aufgrund der Impulsantwort unterschiedliche Schwingungen ausführt.

Ein Signal für die Positionsbestimmung des Werkzeugs bei einer Tool Center Point Estimation wird über eine vorgebbare Zeit erfasst. Dieses Signal ist vorzugsweise ein Sensorsignal von Sensoren, die wenigstens an dem zumindest einen Teil des Werkzeugs angeordnet sind. Vorzugsweise ist eine inertiale Messeinheit vorgesehen, die inertiale Sensoren aufweist, welche die

obengenannten Sensorsignale bereitstellen und über welche die

Positionsbestimmung bei der Tool Center Point Estimation erfolgt. Bevorzugt sind die Sensoren an jedem Glied der kinematischen Kette zwischen der Baumaschine und dem Werkzeug angeordnet. Inertiale Messeinheiten lassen sich leicht und kostengünstig nachrüsten und können für andere Verfahren verwendet werden.

Die durch die Schwingung verursachte Bewegung des Werkzeugs wird bei der Tool Center Point Estimation erfasst und ist im zeitlichen Verlauf des Signals für die Positionsbestimmung enthalten. Die Parameter Höhe und Beschleunigung sowie der Ansteuerungsparameter für das Werkzeug und/oder den Arbeitsarm, mit denen das schlagartige Absetzen des Werkzeugs erfolgen, werden so gewählt, dass die aufgrund der Impulsantwort im Werkzeug erzeugten

Schwingungen für gängige Bodenarten, bei denen die Baumaschine bzw. das Werkzeug eingesetzt wird, also z. B. der Erdboden auf einer Baustelle, deutlich genug ausgeprägt sind, um die unterschiedlichen Bodenarten unterscheiden zu können. Für unterschiedliche Werkzeuge können vorzugsweise verschiedene Parameter gewählt werden. Während der Zeit, in der das Signal für die

Positionsbestimmung erfasst wird, befindet sich die Baumaschine weiterhin im Testmodus und kann nach dem Absetzen des Werkzeugs vorzugsweise keine Bewegungen ausführen, vor allem nicht mit dem Werkzeug, sodass beim

Erfassen des Signals zur Positionsbestimmung außer der durch die Schwingung verursachten Bewegung keine andere Bewegung des Werkzeugs aufgenommen wird. Daher können aus dem zeitlichen Verlauf des Signals für die

Positionsbestimmung die Schwingungen des Werkzeugs extrahiert werden. Hierfür wird eine Schwingungsanalyse des Signals für die Positionsbestimmung eines Tool Center Points durchgeführt. Bei der Schwingungsanalyse werden Merkmale der Schwingungen für das Signal ermittelt, die charakteristisch für die Bodenbeschaffenheit und den Härtegrad des Bodens sind und mittels denen sich unterschiedliche Bodentypen unterscheiden lassen.

Vorzugsweise wird bei der Schwingungsanalyse eine Fourier-Transformation durchgeführt, um das Signal im Frequenzraum zu betrachten. Im Fourier transformierten Signal lassen sich charakteristische Spitzen feststellen und die dazugehörigen charakteristischen Frequenzen ermitteln. Diese

charakteristischen Frequenzen hängen von der Bodenbeschaffenheit und dem Härtegrad des Bodens ab und dienen als obengenannte Merkmale. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Schwingungsanalyse eine Wavelet-Analyse durchgeführt werden, um das Signal in der Wavelet-Darstellung im

Frequenzraum zu betrachten. Dabei können charakteristische Wavelets ermittelt werden. Diese charakteristischen Wavelets hängen von der Bodenbeschaffenheit und dem Härtegrad des Bodens ab und dienen als obengenannte Merkmale. Es können weitere Merkmale ermittelt werden, wie z. B. die Amplitude der charakteristischen Spitzen bei den charakteristischen Frequenzen oder der Wavelets.

Die aus der Schwingungsanalyse erhaltenen Merkmale werden mit

Referenzmerkmalen verglichen. Die Referenzmerkmale wurden im Vorhinein in gleicher Weise wie die obengenannten Merkmale ermittelt. Hierfür wird zumindest ein Werkzeug schlagartig auf unterschiedliche Referenz- Böden aufgelegt, die unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten und unterschiedliche Härtegrade aufweisen, wobei die unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten und unterschiedlichen Härtegrade für die Referenz- Böden bekannt sind und vorzugsweise kategorisiert sind. Bevorzugt wird für die Referenzmerkmale das Absetzen des Werkzeugs mit nur wenigen unterschiedlichen Werten für die Parameter Höhe und Beschleunigung und für die Ansteuerungsparameter für das Werkzeug und/oder den Arbeitsarm durchgeführt, besonders bevorzugt mit jeweils nur einem Wert. Um den Vergleich möglichst genau ausführen zu können, wird für die Merkmale das Absetzen des Werkzeugs mit den gleichen Parametern durchgeführt. Da sich die beim schlagartigen Absetzen erzeugten Schwingungen, wie oben beschrieben, je nach Werkzeug unterscheiden, ist es vorteilhaft die Referenzmerkmale für jedes Werkzeug aufzunehmen. Um die Referenzmerkmale zu erhalten muss nicht zwangsläufig dasselbe Werkzeug verwendet werden wie für die Bestimmung der Merkmale im Arbeitseinsatz, ein baugleiches Werkzeug oder zumindest der gleiche Werkzeugtyp reichen aus. Vorzugsweise werden die Referenzmerkmale zumindest für die gängigen Bodenarten, bei denen die Werkzeuge normalerweise eingesetzt werden, also z.

B. der Erdboden auf einer Baustelle, ermittelt. Die Referenzmerkmale sind zusammen mit der zugeordneten Bodenbeschaffenheit und/oder dem Härtegrad des Bodens in einer Datenbank gespeichert.

Auf Grundlage des Vergleichs der aus der Schwingungsanalyse erhaltenen Merkmale mit den Referenzmerkmalen werden dann die Bodenbeschaffenheit und/oder der Härtegrad zugeordnet. Dabei werden dem aktuell analysierten Boden die Bodenbeschaffenheit und/oder der Härtegrad zugeordnet, bei denen die zugehörigen Referenzmerkmale die größte Übereinstimmung mit den aus der Schwingungsanalyse erhaltenen Merkmalen aufweisen.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, den Boden des gesamten Arbeitsbereichs der Baumaschine zu analysieren, ohne dass zusätzliches Personal oder Gerät notwendig ist. Der Arbeitsbereich kann sich dabei nur über einen Teil der Baustelle oder über die gesamte Baustelle erstrecken. Diese Analyse kann bei der Baustellenplanung als Basis dienen und es können abhängig von der Bodenbeschaffenheit und/oder dem Härtegrad des Bodens unterschiedliche Werkzeuge und/oder Baumaschinen für die Bearbeitung des Bodens gewählt werden.

Die bei der Analyse verwendeten Messdaten können vollständig von den Sensoren der Baumaschine aufgenommenen werden und von einem elektronischen Steuergerät der Baumaschine verarbeitet werden. Ist die

Datenbank, in der die Referenzmerkmale zusammen mit der zugeordneten Bodenbeschaffenheit und/oder dem Härtegrad des Bodens gespeichert sind, in dem elektronischen Steuergerät der Baumaschine gespeichert, so kann das Verfahren vollständig auf dem elektronischen Steuergerät ablaufen. Das

Ergebnis der Analyse liegt direkt auf dem elektronischen Steuergerät vor und kann unmittelbar in den Arbeitsablauf integriert werden. Demnach müssen keine weiteren Informationen aus externen Quellen beispielsweise über eine

Funkverbindung, wie z. B. WLAN oder Bluetooth, eingeholt werden. Andererseits ist es vorteilhaft, die ermittelte Bodenbeschaffenheit und/oder den Härtegrad des Bodens über eine Funkverbindung zu übermitteln, beispielsweise an einen Leitstand der Baustelle.

Das Verfahren kann von dem elektronischen Steuergerät der Baumaschine ausgeführt werden, ohne dass ein Bediener erforderlich ist, sodass das

Verfahren auch von autonom arbeitenden Baumaschinen ausgeführt werden kann. Folglich kann eine Steuerung oder eine Regelung der autonom

arbeitenden Baumaschine und/oder des Werkzeugs auf Basis der Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads ausgeführt werden.

Sind dem aktuell zu bearbeitenden Boden die Bodenbeschaffenheit und/oder der Härtegrad zugeordnet, so ist vorteilhafterweise vorgesehen, Regelparameter zur Ansteuerung der Baumaschine und/oder des Werkzeugs und/oder Trajektorien zur Sollwertbestimmung aus der Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens zu bestimmen und diese dann in einem geschlossenen Regelkreis für die Baumaschine und/oder das Werkzeug zu verwenden. Die Regelparameter bzw. die Trajektorien werden abhängig von der

Bodenbeschaffenheit und/oder vom Härtegrad des aktuell zu bearbeitenden Bodens bestimmt, indem sie z. B. aus einer Tabelle ausgelesen werden. Die Tabelle kann ebenfalls auf dem elektronischen Speichergerät gespeichert sein. Dadurch kann eine Automatisierung der Arbeitsprozesse der Baumaschine und/oder des Werkzeugs für unterschiedliche Böden erreicht werden.

Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der Baumaschine und/oder des Werkzeugs basierend auf der Analyse der

Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens. Hierbei kann bei einem hohen bzw. niedrigen Härtegrad des Bodens ein Drehmoment eines Motorelements der Baumaschine bspw. beim Ausheben einer Baugrube erhöht bzw. verringert werden.

Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren

Speichermedium gespeichert. Zudem können die Datenbank mit den

Referenzmerkmalen und/oder die Tabelle für die Regelparameter und/oder für die Trajektorien auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein.

Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches

elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, die Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads des Bodens durchzuführen. Dabei können auch die Datenbank mit den

Referenzmerkmalen und/oder die Tabelle für die Regelparameter und/oder für die Trajektorien übertragen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Baumaschine, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Figuren 2 a, b zeigen Ablaufdiagramme eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, in Figur 2a für einen weichen Boden und in Figur 2b für einen harten Boden.

Die Figur 3 zeigt einen geschlossenen Regelkreis für die Baumaschine aus Figur 1 auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Figur 2.

Ausführungsbeispiele der Erfindung Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Baumaschine 1 mit einem als Schaufel ausgebildeten Werkzeug 2. Das Werkzeug 2 ist über einen

mehrgliedrigen Arbeitsarm 3 mit der Baumaschine 1 beweglich verbunden. Die Baumaschine 1, der Arbeitsarm 3 und das Werkzeug 2 bilden eine kinematische Kette. An jedem Glied der kinematischen Kette ist jeweils ein inertialer Sensor 4 einer inertialen Messeinheit angeordnet. Zur besseren Übersicht ist in dieser Figur 1 nur ein inertialer Sensor 4 an einem der Glieder des Arbeitsarms 3 dargestellt, typischerweise ist an jedem Glied des Arbeitsarms 3 jeweils ein inertialer Sensor angeordnet. Die inertialen Sensoren 4 sind mit einem elektronischen Steuergerät 5 der Baumaschine 1 verbunden.

In Figur 1 sind zwei Zustände a) und b) dargestellt, die zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen wurden. Im Anfangszustand a) ist das Werkzeug 2 noch angehoben. Im Endzustand b) wurde das Werkzeug 2 stoßartig auf dem Boden 6 abgesetzt. Dabei sind die Höhe und die Beschleunigung mit der das Absetzen durchgeführt wird im Vorhinein festgelegt. Durch das stoßartige Absetzen des Werkzeugs 2 auf dem Boden 6 entstehen Schwingungen 7 im Boden sowie aufgrund der Impulsantwort vom Boden 6 auch im Werkzeug 2 selbst.

Die Figuren 2a und 2b zeigen jeweils ein Ablaufdiagramm eines

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Figur 2a ist das Verfahren für einen weichen Boden und in Figur 2b für einen harten Boden dargestellt. Das Verfahren wird nun in Bezug auf die Figur 2a beschrieben: Zu Beginn erfolgt, wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, ein stoßartiges Absetzen 10 des Werkzeugs 2 auf dem Boden 6, wodurch

Schwingungen 7 im Boden 8 sowie im Werkzeug 2 entstehen und zwar derart, dass die Schwingungen 7 von den Sensoren 4 registriert werden können. Sobald das Werkzeug in Kontakt mit dem Boden 6 tritt und dadurch die Schwingungen 7 erzeugt werden, wird ein Sensorsignal S des inertialen Sensors 4 am Werkzeug 2 bei einer an sich bekannten Tool Center Point Estimation über eine vorgebbare Zeit erfasst 11. Die Zeit wird beispielsweise so vorgegeben, bis die

Schwingungen 7 abgeklungen sind. Im Anschluss wird eine Signalanalyse 12 durchgeführt, bei der eine Fourier-Transformation des Sensorsignals S erfolgt. Im Frequenzraum lassen sich charakteristische Spitzen feststellen und die dazugehörigen charakteristischen Frequenzen ermitteln. Da der Boden in diesem Fall weich ist (siehe oben), wird bei der Signalanalyse 12 als charakteristisches Merkmal eine kleine charakteristische Frequenz u> kiein erhalten. Neben der charakteristischen Frequenz W kiein können weitere Merkmale, wie z. B. die zugehörige Amplitude, ermittelt werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann bei der Signalanalyse 12 eine Wavelet-Analyse durchgeführt werden, um als charakteristisches Merkmal charakteristische Wavelets zu ermitteln.

Als weiterer Schritt erfolgt ein Vergleich 13 zwischen den bei der Signalanalyse 12 erhaltenen Merkmalen und Referenzmerkmalen. Die Referenzmerkmale wurden im Vorhinein in gleicher Weise wie die obengenannten Merkmale erhalten und sind in einer Datenbank im elektronischen Steuergerät 5 gespeichert. Hierfür wird ein Werkzeug 2 schlagartig auf unterschiedliche Referenz- Böden aufgesetzt, die unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten und unterschiedliche Härtegrade aufweisen, wobei die unterschiedlichen

Bodenbeschaffenheiten und unterschiedlichen Härtegrade für die Referenz- Böden bekannt und kategorisiert sind. Zudem werden die Referenzmerkmale für unterschiedliche Werkzeuge separat ermittelt. Um die charakteristischen Merkmale mit den Referenzmerkmalen vergleichen zu können, wird das stoßartige Absetzen 10 in beiden Fällen mit denselben Parametern, d. h. aus derselben Höhe, mit derselben Beschleunigung und mit denselben

Ansteuerungsparametern für das Werkzeug 2 und/oder den Arbeitsarm 3, ausgeführt. Die kleine charakteristische Frequenz W kiein wird mit

Referenzfrequenzen u> ref verglichen. Dann erfolgt eine Zuordnung 14 der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads für den aktuellen analysierten Boden 6 auf Grundlage des Vergleichs 13. Dabei werden dem aktuell analysierten Boden 6 die Bodenbeschaffenheit und/oder der Härtegrad zugeordnet, bei denen die zugehörige Referenzfrequenz co ref und die kleine charakteristische Frequenz W kiein im Wesentlichen übereinstimmen. Demgemäß wird dem Boden 6 die Bodenbeschaffenheit bzw. der Härtegrad„weich“ zugeordnet.

Schließlich werden auf Grundlage der beschriebenen Analyse der

Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads anhand einer Tabelle, die ebenfalls auf dem elektronischen Steuergerät 5 gespeichert ist, ein

Regelparameter A für den weichen Boden und eine Trajektorie X zur

Sollwertbestimmung für den weichen Boden bestimmt 15, die für einen geschlossenen Regelkreis, wie in Figur 3 beschrieben, verwendet werden. In Figur 2b ist ebenfalls ein Ablaufdiagramm des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, dargestellt, bei dem dieselben Schritte 10 bis 15 wie in Figur 2a ausgeführt werden, mit dem Unterschied, dass in Figur 2b ein harter Boden 6 analysiert wird. Das stoßartige Absetzen 10 des Werkzeugs 2 auf dem Boden 6 und das Erfassen 11 des Sensorsignal S des inertialen Sensors 4 am Werkzeug 2 bei der Tool Center Point Estimation wird in derselben Weise ausgeführt. Die Signalanalyse 12 erfolgt ebenfalls wie beschrieben, allerdings wird hier eine große charakteristische Frequenz co groß ermittelt. Diese große charakteristische Frequenz co groß wird in gleicher Weise mit den

Referenzfrequenzen u> ref verglichen 13 und die Zuordnung 14 der

Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads für den aktuellen analysierten Boden 6 findet analog dazu auf Grundlage des Vergleichs 13 statt.

Schließlich wird auch hier auf Grundlage der beschriebenen Analyse der Bodenbeschaffenheit und/oder des Härtegrads anhand der Tabelle ein

Regelparameter B für den harten Boden und eine Trajektorie Y zur

Sollwertbestimmung für den harten Boden bestimmt 15, die für den

geschlossenen Regelkreis verwendet werden.

Figur 3 zeigt einen geschlossenen Regelkreis für die Baumaschine 1 aus Figur 1 auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Figur 2. Die Baumaschine 1 befindet sich jetzt im Arbeitsmodus. Der in Figur 2a bestimmte Regelparameter A wird in die Steuerung eingegeben 20 und die Baumaschine 1 führt mit dem Werkzeug 2 den Arbeitsvorgang entlang der Trajektorie X aus. Über die Tool Center Point Estimation wird zumindest die aktuelle Position des Werkzeugs 2 über die Zeit ermittelt 21 und daraus bestimmt, ob das Werkzeug 2 den

Regelparameter A einhält und der vorgegebenen Trajektorie X folgt.