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Title:
METHOD FOR DETERMINING THE SPATIAL REQUIREMENTS OF A BUILDING MACHINE, OF A WORKING ARM AND OF A TOOL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/229157
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining the spatial requirements (PBx1, PBx2, PBz1, PBz2) of a building machine (1), of a working arm (3) and of a tool (2) of the building machine (1) with the aid of one or more of the sensors of inertial measuring unit, angle sensors, linear sensors, by way of an algorithm for determining a kinematic chain taking account of known dimensions of the building machine (1), of the working arm (3) and of the tool (2). The spatial requirements (PBx1, PBx2, PBz1, PBz2) are then used to control and/or suppress functions of the building machine (1), of the working arm (3) and/or of the tool (2) depending on the amount of free space available to the building machine (1), the working arm (3) and the tool (2).

Inventors:
KRAUSE CHRISTIAN (DE)
LIU KAI (DE)
WAGNER HORST (DE)
MANGA BILGE (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/061680
Publication Date:
November 19, 2020
Filing Date:
April 28, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B25J9/16
Foreign References:
US20110172819A12011-07-14
US5737500A1998-04-07
US20180281179A12018-10-04
DE102015004087B32016-12-29
Other References:
DAI F: "Collision-free motion of an articulated kinematic chain in a dynamic environment", IEEE COMPUTER GRAPHICS AND APPLICATIONS, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 9, no. 1, 1 January 1989 (1989-01-01), pages 70 - 74, XP011417411, ISSN: 0272-1716, DOI: 10.1109/38.20335
I. ROUMELIOTIS: "Indirect Kalman filter for 3D attitude estimation", 2005, UNIVERSITY OF MINNESOTA
ROBERT MAHONYTAREK HAMELJEAN-MICHEL PFLIMLIN: "IEEE Transactions on automatic control", vol. 53.5, 2008, article "Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group", pages: 1203 - 1218
SEBASTIAN MADGWICK: "An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays", REPORT X-IO AND UNIVERSITY OF BRISTOL (UK, vol. 25, 2010
MARK W. SPONGSETH HUTCHINSONMATHUKUMALLI VIDYASAGAR: "Robot modeling and control", vol. 3, 2006, WILEY
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung (11; 21) des Platzbedarfs (PB) einer

Baumaschine (1), eines Arbeitsarms (3) und eines Werkzeugs (2) der Baumaschine (1) mit Hilfe eines oder mehrerer der Sensoren inertiale Messeinheit, Winkelsensoren, Linearsensoren durch einen Algorithmus zur Bestimmung einer kinematischen Kette der Baumaschine (1) unter Berücksichtigung bekannter Maße der Baumaschine (1), des

Arbeitsarms (3) und des Werkzeugs (2), wobei der ermittelte Platzbedarf (PB) verwendet wird, um Funktionen der Baumaschine (1), des

Arbeitsarms (3) und/oder des Werkzeugs (2) abhängig von dem der Baumaschine (1), dem Arbeitsarm (3) und dem Werkzeug (2) zur Verfügung stehenden freien Raum (FR) zu steuern (14; 24) und/oder zu unterbinden (15; 25).

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

Ermittlung (11) des Platzbedarfs (PB) eine Position (P) und/oder eine Orientierung (O) des Werkzeugs (2) bestimmt (10; 20) wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Maße der Baumaschine (1), des Arbeitsarms (3) und des Werkzeugs (2) aus einem Modell (M) ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Platzbedarf (PB) verwendet wird, um eine Kollision der Baumaschine (1), des Arbeitsarms (3) und/oder des Werkzeugs (2) mit einem Hindernis in der Umgebung der Baumaschine (1) zu verhindern, indem die Bewegung der Baumaschine (1), des Arbeitsarms (3) und/oder des Werkzeugs (2) gestoppt wird, unterbunden (15) wird oder in anderer Weise gesteuert (14) wird, wenn der

Platzbedarf (PB) höher als der zur Verfügung stehenden freien Raum (FR) ist. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zonen (ZN) definiert (22) werden, in denen sich die Baumaschine (1), der Arbeitsarm (3) und/oder das Werkzeug bewegen darf, und der Platzbedarf (PB) zumindest mit den Grenzen dieser Zonen (ZN) verglichen (23) wird, um die Funktionen der

Baumaschine und/oder des Werkezugs abhängig von dem durch die Zonen (ZN) zur Verfügung stehenden Platz zu steuern (24) und/oder zu unterbinden (25).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nur

bestimmte Bewegungen der Baumaschine (1), des Arbeitsarms (3) und/oder des Werkzeugs (2) innerhalb der Zonen (ZN) ausgeführt werden dürfen.

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 (6), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eine Ermittlung des Platzbedarfs (PB) durchzuführen.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zur Ermittlung des Platzbedarfs einer Baumaschine, eines Arbeitsarms und eines Werkzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Platzbedarfs einer Baumaschine, eines Arbeitsarms und eines Werkzeugs durch Bestimmen der Position und der Orientierung des Werkzeugs und zur Verwendung des Platzbedarfs, um Funktionen der Baumaschine, des Arbeitsarms und/oder des Werkzeugs abhängig von dem der Baumaschine und dem Werkzeug zur Verfügung stehenden freien Raum zu steuern und/oder zu unterbinden. 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 autonom betriebenen Baumaschinen mit einem Werkzeug, das über einen Arbeitsarm mit der Arbeitsmaschine verbunden ist, ist es von großer Bedeutung den Platzbedarf der Baumaschine und des Werkzeugs zu kennen, um diesen ins Verhältnis zum zur Verfügung stehenden freien Raum zu setzen. Nur wenn ein genügend großer freier Raum zur Verfügung steht, der den Platzbedarf abdeckt, können im autonomen Betrieb bestimmte Funktionen ausgeführt werden.

Es sind Algorithmen zur Bestimmung der kinematischen Kette bekannt. An jedem Glied des Werkzeugarms ist hierfür einer oder mehrere der folgenden Sensoren inertiale Messeinheit (IMU, inertial measuring unit), Winkelsensoren,

Linearsensoren angeordnet, welche Sensordaten an ein Rechengerät senden. Die so ermittelten Sensordaten werden für jeden Sensor individuell gefiltert und zur Zustandsschätzung der Orientierung des jeweiligen Sensors relativ zu einem ortsfesten Inertialkoordinatensystem fusioniert. Ein solcher Algorithmus wird bei der Tool Center Point Estimation verwendet. 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.

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, kann die gesamte Konfiguration des

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

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 Ermittlung des Platzbedarfs der Baumaschine, des Arbeitsarms und des Werkzeugs vorgeschlagen. Das Werkzeug ist über den Arbeitsarm mit der Baumaschine verbunden und die Baumaschine, der

Arbeitsarm und das Werkzeug bilden eine kinematische Kette. Die Baumaschine ist insbesondere eine autonom betriebene Baumaschine. Als Platzbedarf ist der von der Baumaschine mitsamt ihren Aufbauten, dem Arbeitsarm und dem Werkzeug im Umfeld eingenommene Raum anzusehen. Hierfür wird die kinematische Kette mit Hilfe eines oder mehrerer der Sensoren inertiale

Messeinheit, Winkelsensoren, Linearsensoren durch einen Algorithmus zur Bestimmung der kinematischen Kette bestimmt. Der Algorithmus zur

Bestimmung der kinematischen Kette basiert auf Sensorsignalen der Sensoren, die wenigstens an dem zumindest einen Teil des Werkzeugs und bevorzugt an jedem Glied der kinematischen Kette zwischen der Baumaschine und dem Werkzeug angeordnet sind. Es gilt hierbei zu beachten, dass einerseits der Arbeitsarm mehrgliedrig ausgebildet sein kann und andererseits die

Baumaschine einen Unterbau, der auf dem Boden aufsteht, und einen Oberbau, der in Bezug zum Unterbau um die Hochachse drehbar ist, umfassen kann. In diesem Fall kann das Werkzeug in drei Dimensionen bewegt werden. Mittels diesen Sensoren können z. B. Gelenkwinkel zwischen den Gliedern der kinematischen Kette gemessen werden. Inertiale Messeinheiten lassen sich leicht und kostengünstig nachrüsten und können für andere Verfahren verwendet werden.

Um aus der kinematischen Kette den Platzbedarf zu ermitteln, werden zudem bekannte Maße der Baumaschine, des Arbeitsarms und des Werkzeugs berücksichtigt. Die Maße sind unter anderem die Abmessungen der

Baumaschine, die Größe der Aufbauten, die Größe des Werkzeugs, die Länge der Verbindungsstücke des Arbeitsarms, die Länge und Gelenkachsenrichtungen sonstiger beweglicher Teile usw. und können in einem Modell, insbesondere in Konstruktionszeichnungen, hinterlegt sein oder im Vorfeld gemessen werden.

Mit Hilfe der bekannten Maße der Baumaschine und ihrer Anordnung

untereinander aus der kinematischen Kette kann jeder Punkt des Arbeitsarms und des Werkzeugs bezüglich der Baumaschine im Raum ermittelt werden und somit auch der von der Baumaschine, dem Arbeitsarm und dem Werkzeug eingenommene Raum, d. h. der Platzbedarf, ermittelt werden.

Bevorzugt können die Position und/oder die Orientierung des Werkzeugs, besonders bevorzugt beide, bestimmt werden und in die Ermittlung des

Platzbedarfs einfließen. Dabei werden die Position und die Orientierung des Werkzeugs vorzugsweise mit Hilfe derselben Sensoren inertiale Messeinheit, Winkelsensoren durch den Algorithmus zur Bestimmung der kinematischen Kette bestimmt. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das Werkzeug in Bezug auf den Arbeitsarm in mehrere Dimensionen bewegt werden kann. Besonders bevorzugt werden die Position und die Orientierung des Werkzeugs aus dem Drehwinkel des Oberbaues und den Gelenkwinkeln der Glieder des Arbeitsarms unter Berücksichtigung der Längen der Glieder ermittelt.

Schließlich wird der ermittelte Platzbedarf verwendet, um Funktionen der Baumaschine, des Arbeitsarms und/oder des Werkzeugs abhängig von dem der Baumaschine, dem Arbeitsarm und dem Werkzeug zur Verfügung stehenden freien Raum zu steuern und/oder zu unterbinden.

Solche Funktionen sind z. B. eine Bewegung der Baumaschine, des Arbeitsarms und/oder des Werkzeugs. Hierbei können abhängig vom zur Verfügung stehenden freien Raum Bewegungstrajektorien ermittelt werden. Zudem können die werkzeugspezifischen Funktionen gesteuert und/oder unterbunden werden. Hierzu gehören z. B. das Anheben und Abladen von Lasten.

Der Platzbedarf kann verwendet werden, um eine Kollision der Baumaschine und/oder des Werkzeugs mit einem Hindernis in der Umgebung der

Baumaschine zu verhindern. Wenn der Platzbedarf höher als der zur Verfügung stehende freie Raum ist, kann die Bewegung der Baumaschine und/oder des Werkzeugs gestoppt oder unterbunden werden. Dadurch wird eine Nothalt- Funktion implementiert. Neben dem Stoppen der Bewegung kann beim

Unterbinden der Bewegung auch die manuelle Steuerung verhindert werden. Die Unterbindung der Bewegung kann wieder aufgehoben werden. Insbesondere kann dies direkt durch den Bediener oder eine andere verantwortliche Person veranlasst werden. Alternativ kann, wenn der Platzbedarf höher als der zur Verfügung stehende freie Raum ist, eine automatische Steuerung der

Baumaschine und/oder des Werkzeugs erfolgen, durch welche die Bewegung in anderer Weise ausgeführt wird. Zum Beispiel kann die Richtung der Bewegung und/oder die Geschwindigkeit verändert werden. Alternativ kann die Abfolge in einer Arbeitssequenz - wenn möglich - verändert werden. Als Beispiel kann bei einem Bagger der Oberbau gedreht werden, bevor der Arbeitsarm ausgefahren wird.

Es können im Vorfeld Zonen definiert werden, in denen sich die Baumaschine, der Arbeitsarm und/oder das Werkzeug bewegen darf. Diese Zonen weisen Grenzen auf und sind vorzugsweise dreidimensional vorgesehen und hängen vorzugsweise zusammen. Die Zonen sind so ausgestaltet, dass Hindernisse, Gefahrenbereiche oder Bereiche, die anderweitig nicht für die Baumaschinen zugänglich sind bzw. sein sollen, außerhalb der Zonen liegen. Vorteilhafterweise werden diese Zonen für eine Fahrt der Baumaschine zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt entlang eines vorgebbaren Fahrwegs als Fahrkorridor ausgebildet, wobei der Fahrkorridor Kurven, Kreuzungen, Abzweigungen und Ähnliches aufweisen kann. Die als Fahrkorridor ausgebildeten Zonen sind zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt in Richtung des Fahrtwegs miteinander verbunden und sind in den anderen Richtungen begrenzt. In der Praxis können mehrere Fahrkorridore vorgesehen sein, in denen

unterschiedliche Baumaschinen fahren. Der ermittelte Platzbedarf wird zumindest mit den Grenzen dieser Zonen verglichen. Die oben beschriebenen Funktionen der Baumaschine, des Arbeitsarms und/oder des Werkezugs können dann abhängig von dem durch die Zonen zur Verfügung stehenden Platz gesteuert und/oder unterbunden werden.

Insbesondere können innerhalb der Zonen nur bestimmte Bewegungen der Baumaschine und/oder des Werkzeugs ausgeführt werden dürfen. Es können z. B. nur vorgebbare Bewegungen, beispielsweise ein Bewegen der

Baumaschine, nicht jedoch des Werkzeugs, zugelassen werden oder die Bewegungen können beschränkt werden. Beispielsweise kann die

Geschwindigkeit reduziert werden oder die Gelenkwinkel limitiert 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.

Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches

elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, eine Ermittlung des Platzbedarfs durchzuführen und die

Funktionen zu steuern und/oder zu unterbinden.

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

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Baumaschine, deren Platzbedarf mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden kann.

Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht der Baumaschine aus Figur 1.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens

Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht der Baumaschine aus Figur 1 in einem Fahrkorridor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht und die Figur 2 eine schematische Draufsicht einer Baumaschine 1 in Form eines Baggers mit einem als Schaufel ausgebildeten Werkzeug 2. Das Werkzeug 2 ist über einen

Arbeitsarm 3 mit der Baumaschine 1 verbunden. Der Arbeitsarm 3 ist

mehrgliedrig ausgebildet, wobei jeweils ein Gelenk 4 zwischen den einzelnen Armgliedern sowie zwischen dem Arbeitsarm 3 und dem Werkzeug 2 und zwischen dem Arbeitsarm 3 und der Baumaschine 1 ausgebildet ist, über das die Komponenten zueinander beweglich sind. Die Baumaschine 1, der Arbeitsarm 3 und das Werkzeug 2 bilden eine kinematische Kette. Für jedes Glied der kinematischen Kette ist an den Gelenken 4 jeweils ein Gelenkwinkelsensor (nicht dargestellt) angeordnet, der den Winkel Q des Gelenks 4 (Gelenkwinkel) zwischen zwei miteinander verbundenen Gliedern misst. In anderen

Ausführungsformen ist an jedem Glied der kinematischen Kette ein inertialer Sensor einer inertialen Messeinheit angeordnet. Darüber hinaus sind

Umgebungssensoren 5, wie beispielsweise Näherungssensoren,

Ultraschallsensoren, Radar, Lidar, Kameras oder Ähnliches vorgesehen. Alle genannten Sensoren sind mit einem elektronischen Steuergerät 6 der

Baumaschine 1 verbunden.

Darüber hinaus sind zur Beschreibung der Figuren eine X-Richtung, eine Y- Richtung und eine Z- Richtung festgelegt. Die X-Richtung zeigt in

Vorzugsrichtung des Arbeitsarms 3 parallel zum Boden, die Y- Richtung ist parallel zum Boden und steht senkrecht zur X-Richtung und die Z- Richtung steht senkrecht zu den beiden anderen Richtungen.

In den Figuren 1 und 2 sind für den Arbeitsarm 3 vier Gelenke 4 dargestellt. Die Gelenkwinkel Q ändern die Stellung des Arms 3 sowie die Position und die Orientierung des Werkzeugs 2. In Figur 1 sind zwei verschiedene Zustände a, b dargestellt, bei denen sich die Stellung des Arms 3 und die Position des

Werkzeugs 2 unterscheiden. Zur Unterscheidung der beiden Zustände a, b sind für einen ersten Zustand a die beweglichen Komponenten - also der Arbeitsarm 3, das Werkzeug 2 und die Gelenke 4 - gestrichelt gezeichnet und die zugehörigen Bezugszeichen sind mit einem Strich ( * ) gekennzeichnet. Für einen zweiten Zustand b sind die beweglichen Komponenten durchgehend gezeichnet und die Bezugszeichen weisen keinen Strich auf. Die Darstellung der

Baumaschine und der fest montierten Komponenten (die ebenfalls durchgehend gezeichnet sind und deren zugehörige Bezugszeichen ebenfalls keine Striche aufweisen) bezieht sich auf beide Zustände. Beim Vergleich der beiden Zustände a, b sind die Gelenkwinkel qT, 02 * , 03 * , 04 * im ersten Zustand a stumpfer, sodass der Arbeitsarm 3 gestreckt ist, die Gelenkwinkel qi, 0 2 , 03, 04 im zweiten Zustand b sind spitzer, sodass der Arbeitsarm 3 angewinkelt ist. Aus den Gelenkwinkeln 0i‘, 0 2 * , 03 * , 04 * bzw. 0i, 0 2 , 03, 04 lässt sich der Platzbedarf PB berechnen, wie weiter unten beschrieben wird. Als Platzbedarf wird der von der Baumaschine 1 mitsamt dem Arbeitsarm 3 und dem Werkzeug 2 im Umfeld eingenommene Raum angesehen. Aufbauten, die hier nicht gezeigt sind, aber an der

Baumaschine 1 vorhanden sein können, werden beim Platzbedarf PB

berücksichtigt.

In der Figur 1 ist der Platzbedarf PBxl, PBx2 in X-Richtung und der Platzbedarf PBzl, PBz2 in Z-Richtung für die beiden Zustände a, b gezeigt. Der Platzbedarf in X-Richtung PBxl, PBx2 reicht von der Hinterseite der Baumaschine 1 bis zur äußeren Spitze des Werkzeugs 2. Der Platzbedarf in Z-Richtung PBzl, PBz2 reicht vom Boden bis zum höchsten Teil des Arbeitsarms 3 (oder des Werkzeugs 2). Da die Gelenkwinkel qT, Q2 , Q3 , Q/ \ im ersten Zustand stumpfer sind als die Gelenkwinkel qi, 02, 03, 04 im zweiten Zustand, ist der Platzbedarf PBxl in X- Richtung für den ersten Zustand größer als der Platzbedarf PBx2 in X-Richtung für den zweiten Zustand. Gleichzeitig ist der Platzbedarf PBzl in Z-Richtung für den ersten Zustand kleiner als der Platzbedarf PBx2 in Z-Richtung für den zweiten Zustand.

Bei einem Werkzeug 2, das nur in der X-Z-Ebene bewegt werden kann, sind in der Y-Richtung die Abmessungen der Baumaschine 1 selbst meist deutlich größer als die Abmessungen des Werkzeugs 2 bzw. des Arbeitsarms 3 in dieser Richtung. Folglich wird der Platzbedarf PBy in Y-Richtung (für dieses Beispiel nicht gezeigt) maßgeblich von der Breite der Baumaschine 1 und der Aufbauten in Y-Richtung bestimmt.

In Figur 2 ist ein dritter Zustand dargestellt, bei dem das Werkzeug 2 gegenüber der X-Richtung am äußersten Gelenk 4 um den Gelenkwinkel Q5 gedreht ist. Der Platzbedarf PBy in Y-Richtung ist ebenfalls gezeigt und dieser reicht von der äußeren Spitze des gedrehten Werkzeugs 2 bis zur gegenüberliegenden Seite der Baumaschine 1.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens. Während des gesamten Verfahrens werden die Position P und die Orientierung O (z. B. die Drehung des Werkzeugs in Figur 2) des Werkzeugs 2 bestimmt 10. Hierfür wird die an sich bekannte Tool Center Point Estimation verwendet, welche die Position P und die Orientierung O im dreidimensionalen Raum aus den von den Gelenkwinkelsensoren gemessenen Gelenkwinkel qT, 02 1 , 03 1 , 04 1 , 05 bzw. qi, Q2, Q3, 04, Q5 der gesamten kinematischen Kette ermittelt 10. Die Ermittlung 10 der Position P und der Orientierung O wird für ein Inertialsystem durchgeführt, wobei eine

Koordinatentransformation zwischen einem fahrzeugfesten Koordinatensystem, in dem die gemessenen Gelenkwinkel qT, 02 1 , 03 1 , 04 1 , ©5 bzw. qi, Q2, ©3, ©4, Q5 gemessen werden, und dem Inertialsystem erfolgt. Dabei werden die

Abmessungen des Arbeitsarms 3 verwendet, die in einem Modell M der

Baumaschine 1 hinterlegt sind. Die Abmessungen können alternativ im Vorhinein direkt gemessen werden. Aus der Position P und der Orientierung O des Werkzeugs 2 und der Stellung des Arbeitsarms 3 wird der von der Baumaschine 1, dem Arbeitsarm 3 und dem Werkzeug 2 eingenommene Raum und somit der Platzbedarf PB ermittelt 11

Außerdem wird während des gesamten Verfahrens der zur Verfügung stehende freie Raum FR aus Daten der Umgebung ermittelt 12. Der freie Raum FR wird ebenfalls im Inertialsystem angegeben. Zu den Daten der Umgebung gehören die Sensordaten der Umgebungssensoren 5, mit denen Hindernisse in der Umgebung erkannt werden. Zudem können Sicherheitsabstände zu den Hindernissen vorgesehen sein. Der freie Raum FR wird so beschränkt, dass die Hindernisse außerhalb des freien Raums liegen und um den Sicherheitsabstand beabstandet sind. Des Weiteren können die Daten der Umgebung Kartendaten umfassen. In den Kartendaten können Bereiche definiert sein, die für die Baumaschine 1 nicht zugänglich sind. Diese gesperrten Bereiche werden dann vom freien Raum FR ausgenommen.

In einer kontinuierlichen Abfrage 13 wird der Platzbedarf PB mit dem zur Verfügung stehenden freien Raum FR verglichen. Wenn der Platzbedarf PB geringer als der zur Verfügung stehende freie Raum FR ist, wird das Verfahren fortgeführt und weiterhin die Position P und die Orientierung des Werkzeugs 2 ermittelt 10 sowie der freie Raum FR ermittelt 12. Wenn der Platzbedarf höher als der zur Verfügung stehende freie Raum ist, wird eine der folgenden

Funktionen ausgeführt, um eine Kollision der Baumaschine 1 mit einem

Hindernis in der Umgebung zu verhindern oder um zu verhindern, dass die Baumaschine in die gesperrten Bereiche fährt. Zum einen kann die Bewegung der Baumaschine 1, des Arbeitsarms 3 und/oder des Werkzeugs 2 in eine andere Richtung und/oder mit einer anderen Geschwindigkeit gesteuert 14 werden. Zum anderen kann die Bewegung der Baumaschine 1, des Arbeitsarms 3 und/oder des Werkzeugs 2 gestoppt werden bzw. unterbunden 15 werden, d. h. eine weitere Bewegung verhindert werden, bis die Unterbindung aufgehoben wird.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel werden während des gesamten Verfahrens die Position P und die Orientierung O des Werkzeugs 2 bestimmt 20 und daraus und aus der Stellung des Arbeitsarms 3 wird der Platzbedarf PB ermittelt 21. Außerdem werden im Vorhinein Zonen ZN, in denen sich die Baumaschine 1, der Arbeitsarm 3 und das Werkzeug 2 beispielsweise auf einer Baustelle bewegen darf, definiert 22. Diese Zonen ZN geben somit den für die Baumaschine 1, den Arbeitsarm 3 und das Werkzeug 2 zur Verfügung stehenden freien Raum an.

In Figur 5 sind die Zonen ZN zu einem Fahrkorridor 30 ausgebildet, in dem sich die obengenannte Baumaschine 1 von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt bewegen kann. Typischerweise sind auf der Baustelle mehrere solcher

Fahrkorridore 30 ausgebildet und unterschiedliche Baumaschinen fahren entlang dieser Fahrkorridore 30. Der Fahrkorridor 30 ist so ausgebildet, dass sich Hindernisse 35 (hier nur schematisch dargestellt) außerhalb des Fahrkorridors 30 befinden. Alternativ können auch hier Bereiche definiert sein, die für die

Baumaschine 1 nicht zugänglich sind. Der Fahrkorridor 30 ist dann außerhalb dieser Bereiche gebildet. Es können hierbei Kurven, Kreuzungen, Abzweigungen und Ähnliches gebildet sein. Die Größe des Fahrkorridors 30 ist in diesem Fall in zwei Dimensionen begrenzt und wird abhängig vom zur Verfügung stehenden Raum gewählt. In Figur 5 wird der Fahrkorridor 30 vom ersten Abschnitt 31 zum zweiten Abschnitt 32 hin kleiner.

Wie in Figur 4 weiter dargestellt, wird eine kontinuierliche Abfrage 23

durchgeführt, bei welcher der Platzbedarf PB mit den Grenzen der Zonen ZN verglichen wird. Abhängig von dem durch die Zonen ZN zur Verfügung stehenden Platz, wird eine der folgenden Funktionen ausgeführt. Zum einen kann die Bewegung der Baumaschine 1, des Arbeitsarms 3 und/oder des Werkzeugs 2 in eine vorgegebene Richtung und/oder mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gesteuert 24 werden. Innerhalb der Zonen ZN sind

beispielsweise nur vorgegebene Bewegungen der Baumaschine 1, des

Arbeitsarms und/oder des Werkzeugs erlaubt, beispielsweise ein Bewegen der Baumaschine 1, nicht jedoch des Werkzeugs 2. Zudem werden die Bewegungen beschränkt, z. B. indem die erlaubte Geschwindigkeit limitiert wird oder die Gelenkwinkel Q limitiert werden. Zum anderen können bestimmte Funktionen, wie z. B. ein Ausfahren des Arbeitsarms 3 oder ein Drehen des Arbeitsarms 3 unterbunden 25 werden.