AT519488A1 - Bodenbearbeitungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Bodenbearbeitungssystem (1), umfassend ein Zugfahrzeug (2), welches zum Fahren in einer Fahrtrichtung (11) auf einer unbefestigten Bodenfläche ausgebildet ist, ein Bodenbearbeitungsgerät (3), welches über eine Haltevorrichtung (4) am Zugfahrzeug (2) lösbar angeordnet ist, eine Bilderfassungsvorrichtung (5), und eine Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) mit einem Steuerungsmodul (8). Das Bodenbearbeitungsgerät (3) weist zumindest ein Paar Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) auf, ferner ist eine Verstellvorrichtung (17) mit zumindest einem Stellmittel (9) vorgesehen. Die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) ist mit der Bilderfassungsvorrichtung (5) verbunden ist, ferner ist das Steuerungsmodul (8) mit dem Stellmittel (9) verbunden. Die Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) sind in einer Arbeitsstellung zur Bearbeitung eines Arbeitsbereichs (16) ausgebildet, welcher Arbeitsbereich (16) die oberste Schicht der Bodenoberfläche (20) umfasst. Die Bilderfassungsvorrichtung (5) ist mittels einer Montagevorrichtung (6) am Zugfahrzeug (2) angeordnet, und ein Erfassungsbereich (15) der Bilderfassungsvorrichtung (5) ist entgegen der Fahrtrichtung (11) und auf den Arbeitsbereich (16) ausgerichtet ist, und die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) ist am Zugfahrzeug (2) vorgesehen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Bodenbearbeitungssystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bodenbearbeitungssystem.

In der Landwirtschaft besteht das Problem, dass sich Jungpflanzen gegenüber dem zumeist ähnlich schnell wachsenden Unkraut durchsetzen müssen, um eine Chance auf ein erfolgreiches Wachstum zu haben. Um den Wachstumserfolg zu verbessern, sind dem Landwirt neben chemischer Methoden, mechanische Bodenbearbeitungsmethoden bekannt, bei denen der Boden rund um die Nutzpflanze aufgelockert bzw. bearbeitet wird. Dadurch wird ein in der Umgebung der Nutzpflanze befindliches Unkraut in seinem Wachstum gestört, wodurch es im Wachstum zurückbleibt bzw. abstirbt.

Bei der automatisierten mechanischen Bodenbearbeitung kommt es drauf an, die Bodenbearbeitungswerkzeuge möglichst nahe an die Nutzpflanze heranzuführen, ohne diese dabei zu beschädigen. Dabei ergeben sich nun mehrere Schwierigkeiten. Trotz einer maschinellen Pflanzung kann nicht sicher gewährleistet werden, dass alle Nutzpflanzen in Pflanzrichtung genau hintereinander ins Erdreich eingebracht wurden bzw. dass sich beim Anwachsen geradlinige Pflanzreihen bilden.

Es ist also in Pflanzrichtung gesehen, mit einem zufälligen Querversatz der Position der Nutzpflanze in Relation zur Pflanzrichtung zu rechnen. Zusätzlich kommt es bei der Bewegung des Bodenbearbeitungswerkzeugs, welches zumeist von einem Zugfahrzeug in Pflanzrichtung gezogen wird, zu einer zufälligen Bewegung des Bodenbearbeitungsgeräts quer zur Bewegungsrichtung. Ohne eine entsprechende Regelung der Ausrichtung der Bodenbearbeitungswerkzeuge wird es also regelmäßig zu einer Verletzung der Nutzpflanzen kommen.

Aus dem Stand der Technik sind Systeme bekannt, welche im Bearbeitungsbetrieb die aktuelle Position der Nutzpflanzen erkennen und die Bodenbearbeitungswerkzeuge entsprechend neu positionieren.

Beispielsweise zeigt die EP 2 316 259 B1 eine Vorrichtung zum Halten einer Kamera an einer Erntevorrichtung einer Erntemaschine, um die relative Position zu einem Erntebestand berührungslos zu erfassen. Dazu ist vorgesehen, die Kamera auf einer Schwenkvorrichtung anzubringen, um sie in einer ersten Position seitlich zu einem Bepflanzungsbestand und in zwei weiteren Positionen in Richtung des Pflanzungsbestands anzuordnen. Von der Kamera wird, in Fahrtrichtung gesehen, ein Bereich vor dem Arbeitsgerät erfasst.

Aus der EP 2 622 955 A1 ist eine landwirtschaftliche Maschine bekannt, welche Daten von in Vorwärtsrichtung und/oder in seitlicher Richtung angeordneter Sensoren auswertet und darauf basierend, eine topografische Zone ermittelt, auf welcher sich die landwirtschaftliche Maschine befindet.

Aus der EP 2 936 957 A1 ist ferner ein Steuerungssystem bekannt, welches ein von einer Kamera in vorwärts und/oder rückwärts Richtung erfasstes Kamerabild auswertet und daraus eine Bepflanzung ermittelt.

Aus der US 4,843,561 A ist eine Bearbeitungsschiene mit Manipulationswerkzeugen bekannt, wobei auf einem Bearbeitungswerkzeug eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Bilderfassungsvorrichtung angeordnet ist. Der Boden, und damit die Früchte bzw. das Gemüse, werden von einer Infrarotkamera beleuchtet und ein charakteristisches Reflexionsspektrum von der Bilderfassungsvorrichtung aufgenommen. Die Kamera erfasst dabei einen Bereich vor dem Bodenbearbeitungswerkzeug.

Auch aus der US 9,468,140 B2 ist ein Bodenbearbeitungswerkzeug bekannt, welches von einer Zugmaschine längs einer Pflanzrichtung gezogen wird. Zur relativen Ausrichtung des Bodenbearbeitungsgeräts offenbart die Schrift zumindest eine Kamera, welche am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet ist und einen, in Fahrtrichtung vorgelagerten Bereich erfasst. In diesem erfassten Bereich werden die Pflanzreihen ermittelt und die Position des Bodenbearbeitungsgeräts entsprechend korrigiert.

Aus dem Stand der Technik sind nun Systeme bekannt, welche in Fahrtrichtung vorgelagerte oder nachgelagerte Bereiche erfassen, um daraus die Position der Pflanzreihen zu bestimmen.

Dies ist jedoch dahingehend von Nachteil, dass bei einer vorgelagerten Erfassungsposition, aufgrund der Bewegung des Bodenbearbeitungsgeräts, die ermittelte Position nicht mit der tatsächlichen Position der Nutzpflanze bei Erreichen der Bodenbearbeitungswerkzeuge übereinstimmen muss. Dadurch kann es zu einer Fehlbearbeitung und somit einer Verletzung der Nutzpflanze kommen.

Bei einem nachgelagerten Erfassungsbereich haben die Bodenbearbeitungswerkzeuge die Nutzpflanze eventuell bereits beschädigt, bevor die Position erfasst und die Bodenbearbeitungswerkzeuge entsprechend ausgerichtet werden können. Auch kann es durch die Beschädigung Vorkommen, dass die Position der Nutzpflanzen nicht mehr eindeutig feststellbar ist und somit die Fehlpositionierung bestehen bleibt, bzw. sich sogar verstärkt.

Ferner sind die aus dem Stand der Technik bekannten Bodenbearbeitungsgeräte bzw. Systeme spezifisch auf einen Anwendungsfall ausgelegt bzw. optimiert, so-dass eine Wiederverwendung bzw. Mehrfachnutzung nicht möglich ist.

Ebenfalls sind bei bekannten Systemen zumeist sehr aufwändige Konfigurationsarbeiten erforderlich, um die Systeme bzw. die Bodenbearbeitungsgeräte für einen konkreten Anwendungsfall einsatzbereit zu machen. Auch erfordern bekannte Systeme die Hinterlegung einer großen Datenbank mit Referenzdaten, um die Nutzpflanze von Unkraut unterscheiden zu können. Hier ist insbesondere von Nachteil, dass charakteristische Eigenschaften der Nutzpflanze erfasst und im Gerät hinterlegt werden müssen, was die Gefahr birgt, dass bei der Bildung von charakteristischen Merkmalen spezifische Merkmale einer Nutzpflanze vor Ort nicht erfasst werden und somit eine Unterscheidung der Nutzpflanze von Unkraut unzuverlässig funktioniert.

Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, ein Bodenbearbeitungssystem zu schaffen, welches universell auf eine Vielzahl möglicher Nutzpflanzen und insbesondere auf die konkrete Ausgestaltung der Nutzpflanze vor Ort konfigurierbar ist. Das Bodenbearbeitungssystem soll derart ausgebildet sein, dass Schwankungen in der Bewegung der Bodenbearbeitungsvorrichtung aufgrund örtlicher Bodengegebenheiten keinen Einfluss auf die korrekte Ausrichtung der Bodenbearbeitungswerkzeuge in Relation zur Nutzpflanze haben.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.

Insbesondere wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Bodenbearbeitungssystem gelöst. Dieses umfasst ein Zugfahrzeug, welches zum Fahren in einer Fahrtrichtung auf einer unbefestigten Bodenfläche ausgebildet ist, und ein Bodenbearbeitungsgerät, welches über eine Haltevorrichtung am Zugfahrzeug lösbar angeordnet ist. Ferner umfasst das Bodenbearbeitungssystem eine Bilderfassungsvorrichtung, und eine Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung mit einem Steuerungsmodul. Das Bodenbearbeitungsgerät weist zumindest ein Paar Bodenbearbeitungswerkzeuge auf, wobei ferner eine Verstellvorrichtung vorgesehen ist, welche zumindest ein Stellmittel aufweist, um die Bodenbearbeitungswerkzeuge relativ zum Zugfahrzeug, in einer Verstellrichtung parallel zur Bodenoberfläche und im Wesentlichen normal zur Fahrtrichtung, zu verstellen. Die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung ist mit der Bilderfassungsvorrichtung verbunden, und das Steuerungsmodul ist mit dem Stellmittel verbunden. Die Bodenbearbeitungswerkzeuge sind in einer Arbeitsstellung zur Bearbeitung eines Arbeitsbereichs ausgebildet sind, welcher Arbeitsbereich die oberste Schicht der Bodenoberfläche umfasst.

Die Bilderfassungsvorrichtung ist mittels einer Montagevorrichtung am Zugfahrzeug angeordnet ist, und ein Erfassungsbereich der Bilderfassungsvorrichtung ist entgegen der Fahrtrichtung und auf den Arbeitsbereich ausgerichtet. Ferner ist die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung am Zugfahrzeug vorgesehen.

Diese Ausführung hat den besonderen Vorteil, dass die Bilderfassungs- und Aufbereitungskomponenten für eine Mehrzahl unterschiedlicher Bodenbearbeitungsgeräte verwendbar sind, da die unabhängig von einem speziellen Bodenbearbeitungsgerät sind. Insbesondere von Vorteil ist eine Anordnung der Bilderfassungsvorrichtung am Zugfahrzeug, da diese, entgegen bekannter Anordnungen, somit nicht im Arbeitsbereich angeordnet ist, wo eine besondere Gefahr für Verschmutzung und Beschädigung besteht.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung an der Haltevorrichtung oder am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet ist. Mit der Ausführung, dass die Verstellvorrichtung an der Haltevorrichtung angeordnet ist wird es ermöglicht, einfach ausgeführte Bodenbearbeitungsgeräte, ohne eine Möglichkeit zumindest einer Horizontalverstellung, im gegenständlichen System zu verwenden. Mit der Ausführung, dass die Verstellvorrichtung am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet ist kann jedes beliebige Zugfahrzeug im gegenständlichen System verwendet werden.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Paar Bodenbearbeitungswerkzeuge derart am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet ist, dass in Normalrichtung zur Fahrtrichtung gesehen, zwischen den beiden Werkzeugen ein Abstand besteht. Der Abstand ist dabei so gewählt, dass die Nutzpflanze durch die arbeitenden Bodenbearbeitungswerkzeuge nicht verletzt wird, während dessen der Bodenbereich neben der Nutzpflanze von den Werkzeugen bearbeitet wird. Insbesondere wird durch die Bearbeitung vorhandenes Unkraut verletzt bzw. entwurzelt, und so im Wachstum gehemmt.

Eine Weiterbildung, nach der die Bilderfassungsvorrichtung zur Erfassung von zumindest 3 Einzelbilder je Sekunde ausgebildet ist, hat den Vorteil, dass bei kontinuierlicher Fahrt des Zugfahrzeugs eine örtlich ausreichend fein aufgelöste Bildfolge erfasst wird, um damit die nachgelagerten Verarbeitungsschritte mit ausreichend Bilddaten zu versorgen, um die korrekte Ausrichtung der Bodenbearbeitungswerkzeuge in Relation zu den Nutzpflanzen gewährleisten zu können.

Um ausreichend Bilddaten je Einzelbild für die weitere Verarbeitung zur Verfügung zu haben, besteht eine weitere Ausbildung darin, dass Bilderfassungsvorrichtung zur Erfassung von Einzelbilder zumindest mit einer Auflösung von 480.000 Bildpunkten ausgebildet ist. Dadurch wird eine ausreichend fein aufgelöste Erfassung des Arbeitsbereichs gewährleistet, ohne bei der nachgelagerten Bildverarbeitung die Verarbeitungsgenauigkeit zu verschlechtern, indem bspw. durch eine zu detaillierte Auflösung, miterfasste Verschmutzung die Entscheidungsgenauigkeit hinsichtlich der zu ermittelnden Information im erfassten Abbild verschlechtert.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Zeitverzögerung zwischen der Erfassung eines Bilds des Arbeitsbereichs durch die Bilderfassungsvorrichtung, und der Generierung eines Steuerkommandos für das Stellmittel durch das Steuerungsmodul, weniger als 350 ms beträgt. Diese vorteilhafte Weiterbildung gewährleistet eine im Wesentlichen Echtzeitverarbeitung der erfassten Bilder, ohne die Fahrgeschwindigkeit des Zugfahrzeugs verlangsamen zu müssen.

Nach einer Weiterbildung ist auch vorgesehen, dass im Erfassungsbereich der Bilderfassungsvorrichtung am Bodenbearbeitungsgerät ein optisch auslesbarer Parameterspeicher angeordnet ist. Dieser Parameterspeicher ist bevorzugt als Tafel ausgebildet, welche im Erfassungsbereich der Bilderfassungsvorrichtung am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet ist. Insbesondere ist auch eine nachträgliche Anordnung möglich, sodass jedes Bodenbearbeitungsgerät für das gegenständliche Bodenbearbeitungssystem adaptiert werden kann.

Im Hinblick auf die korrekte Ausrichtung des Bodenbearbeitungsgeräts in Bezug zur Bodenoberfläche ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass der Parameterspeicher eine horizontale und/oder vertikale Ausrichtinformation aufweist.

Der Parameterspeicher wird bevorzugt derart am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet sein, dass die horizontale Ausrichtinformation parallel zur horizontalen Erstreckung des Bodenbearbeitungsgeräts ausgerichtet ist. Somit kann durch die Ermittlung der horizontalen Ausrichtinformation im erfassten Abbild des Parameterspeichers eindeutig die räumliche (horizontale) Ausrichtung des Bodenbearbeitungsgeräts ermittelt werden.

Die vertikale Ausrichtinformation stellt eine Referenz für die Position der Bodenbearbeitungswerkzeuge dar. Beispielsweise kann die vertikale Ausrichtinformation die genaue Position der Bearbeitungswerkzeuge festlegen, oder die ist in einem definierten Abstand zu den Bodenbearbeitungswerkzeugen angeordnet. Insbesondere ist dadurch die Position der Nutzpflanze festgelegt, die von den Bodenbearbeitungswerkzeugen nicht verletzt werden soll.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht auch darin, dass der Parameterspeicher einen Parametersatz des Bodenbearbeitungsgeräts aufweist. Somit kann jedes bestehende Bodenbearbeitungsgerät nachträglich aufgerüstet werden, um im gegenständlichen System verwendbar zu sein. Da der Parameterspeicher im Erfassungsbereich der Bilderfassungsvorrichtung angeordnet ist, ist der Parametersatz bevorzugt als 1D- oder 2D-Code ausgebildet. Ein solcher Code ist gut optisch erfassbar und bietet aufgrund integrierter Redundanzen eine ausreichende Auslesesicherheit, auch in einem Arbeitsumfeld, wo mit einer Verschmutzung des Parameterspeichers zu rechnen ist.

Eine Weiterbildung besteht auch darin, dass der Parameterspeicher einen Aufnahmebereich und/oder eine Halterung zur Aufnahme bzw. Halterung einer Nutzpflanze aufweist. Zur Ermittlung der Position der Nutzpflanz im erfassten Abbild ist es von Vorteil, wenn ein Exemplar der am Einsatzort des Bodenbearbeitungssystems angepflanzten Nutzpflanze für die weitere Analyse herangezogen wird. Somit braucht nicht auf einen generalisierten Datensatz zur Beschreibung der Nutzpflanze zurückgegriffen werden, der aufgrund seiner Generalisierung durchaus deutlich von der aktuellen Ausbildung der Nutzpflanze vor Ort abweichen kann.

Aufgrund der Längserstreckung des Zugfahrzeugs mit dem angeordneten Bodenbearbeitungswerkzeug kann es Vorkommen, dass sich die Ausrichtung der Bodenoberfläche im Bereich des Zugfahrzeugs, von der im Bereich des Bodenbearbeitungsgeräts unterscheidet. Dadurch würden die Bodenbearbeitungswerkzeuge auf einer Seite des Bodenbearbeitungsgeräts tiefer in den Boden eingreifen, während auf der gegenüberliegenden Seite der Boden zu wenig tief bearbeitet wird. Daher ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Haltevorrichtung ein weiteres

Stellmittel aufweist, welches ein Verschwenken des Bodenbearbeitungsgeräts um die Achse der Fahrtrichtung ermöglicht.

Nach einer Weiterbildung ist ferner vorgehsehen, dass die Montagevorrichtung, zur lösbaren Verbindung der Montagevorrichtung an dem Zugfahrzeug, eine Klemmvorrichtung aufweist. Diese Weiterbildung erlaubt es in vorteilhafter weise, die Bilderfassungsvorrichtung jederzeit und insbesondere auch nachträglich am Zugfahrzeug anordnen zu können. Es ist somit möglich, eine generische Bilderfassungsvorrichtung mit einer spezifisch ausgebildeten Klemmvorrichtung an verschiedenste Typen von Zugfahrzeugen anordnen zu können. Es ist somit lediglich eine kleine Komponente des gegenständlichen Bodenbearbeitungssystems an die Ausgestaltung des Zugfahrzeugs anzupassen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Bodenbearbeitungssystem gelöst. Dabei wird ein Bodenbearbeitungsgerät mit paarweisen Bodenbearbeitungswerkzeugen von dem Zugfahrzeug in einer Fahrtrichtung längs in Reihen gepflanzter Nutzpflanzen gezogen. Von der Bild-aufbereitungs- und Analysevorrichtung wird ein, von der Bilderfassungsvorrichtung erfasstes Bild aufbereitet und analysiert, und ein Differenzwert zwischen einer Soll-Ausrichtung der Bodenbearbeitungswerkzeuge, insbesondere des Spalts zwischen den Bearbeitungswerkzeugen in Relation zur Nutzpflanze, und einer erfassten Ist-Ausrichtung gebildet. Vom Steuerungsmodul werden Steuerkommandos an das Stellmittel übermittelt, wodurch mittels der Verstellvorrichtung die Bodenbearbeitungswerkzeuge um den Differenzwert verstellt werden.

Von der Bilderfassungsvorrichtung wird dazu ein Bild der Bodenbearbeitungswerkzeuge und die Bodenoberfläche im unmittelbaren Bereich vor den Bodenbearbeitungswerkzeugen erfasst, und von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung und dem Steuerungsmodul die Verstellung der Bodenbearbeitungswerkzeuge annähernd in Echtzeit durchgeführt, insbesondere mit einer Zeitverzögerung kleiner als 350 ms.

Mit dieser Ausführung ist es möglich, die Bearbeitung des Bodens neben den Nutzpflanzen durchführen zu können, ohne die Nutzpflanze zu verletzen und ohne die Arbeitsgeschwindigkeit des vom Zugfahrzeug gezogenen Bodenbearbeitungsgeräts beschränken zu müssen.

Eine Weiterbildung besteht nun darin, dass von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung im erfassten Abbild die horizontale Ausrichtinformation aus dem Parameterspeicher ausgelesen wird, und fernereine Oberflächenlinie als Ist-Ausrichtung ermittelt wird. Vom Steuerungsmodul wird das weitere Stellmittel angesteuert, um durch Verschwenken des Bodenbearbeitungsgeräts um eine Achse parallel zur Bewegungsrichtung eine Abweichung zwischen der Soll-Ausrichtung gemäß der horizontalen Ausrichtinformation, und der ermittelten Ist-Ausrichtung auszugleichen. Somit lässt sich gewährleisten, dass das Bodenbearbeitungsgerät im Wesentlichen stets parallel zur Bodenoberfläche ausgerichtet ist.

Nach einerweiteren Ausbildung ist vorgesehen, dass zur Bildung des Differenzwerts, von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung im erfassten Abbild die vertikale Ausrichtinformation aus dem Parameterspeicher ausgelesen wird, und die Position der Nutzpflanze im erfassten Abbild ermittelt wird. Als Differenzwert wird ein vertikaler Versatz zwischen der vertikalen Ausrichtinformation und der ermittelten Position der Nutzpflanze ermittelt. Durch diese Ausbildung wird gewährleistet, dass die Bodenbearbeitungswerkzeuge stets korrekt zur aktuellen Position der Nutzpflanze ausgerichtet sind und eine Bearbeitung des Bodens um die Pflanze durchgeführt wird, ohne die Pflanze dabei zu verletzen.

Da sowohl eine Nutzpflanze, als auch das umliegende Unkraut überwiegend grün ist, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass für den Bereich des Arbeitsbereichs und/oder der Haltevorrichtung im erfassten Abbild von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung eine Spektralanalyse und/oder eine Reflexionsanalyse durchgeführt, und ein Lichtwert der Nutzpflanze ermittelt wird. Gemäß dieser Weiterbildung wird nun für eine aktuell angepflanzte Nutzpflanze ein charakteristischer Spektralverlauf bzw. ein charakteristischer Reflexionswert ermittelt.

Daher ist gemäß einerweiteren Ausbildung vorgesehen, dass von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung im erfassten Abbild ein Bereich ermittelt wird, der dem ermittelten Lichtwert entspricht. Mit diesem Lichtwert ist es nun sehr gut möglich, die Nutzpflanze im erfassten Abbild vom umgebenden Grün des Unkrauts zu erkennen, und die Position der Bodenbearbeitungswerkzeuge entsprechend nachzuführen, um eine möglichst genaue Bearbeitung des Bodens um die Pflanze zu gewährleisten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht auch darin, dass von der Bildaufberei-tungs- und Analysevorrichtung im erfassten Abbild der Parametersatz aus dem Parameterspeicher ausgelesen wird, und an das Steuerungsmodul übertragen wird. Somit ist eine Konfiguration des Bodenbearbeitungssystems, insbesondere des Steuerungsmoduls, vollautomatisierbar, ohne dass ein Benutzer Parametrie-rungs- bzw. Einstellaufgaben durchführen muss.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung des gegenständlichen Bodenbearbeitungssystems;

Fig. 2 eine Frontansicht des gegenständlichen Bodenbearbeitungssystems;

Fig. 3 eine Detaildarstellung des Parameterspeichers.

Fig. 1 zeigt das gegenständliche Bodenbearbeitungssystem 1 umfassend ein Zugfahrzeug 2 und ein Bodenbearbeitungsgerät 3, welches über eine Haltevorrichtung 4 am Zugfahrzeug 2 lösbar angeordnet ist. Das Bodenbearbeitungssystem 1 umfasst ferner eine Bilderfassungsvorrichtung 5, welche über eine Montagevorrichtung 6 am Zugfahrzeug 2 angeordnet ist, bevorzugt lösbar angeordnet ist. Die Bilderfassungsvorrichtung 5 ist mit einer Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung 7 verbunden, welche ferner ein Steuerungsmodul 8 aufweist. Dieses Steuerungsmodul 8 ist mit Stellmittel 9 verbunden, welche Stellmittel 9 zur Beeinflussung der Relativposition des Bodenbearbeitungsgeräts 3 bzw. der daran angeordneten Bodenbearbeitungswerkzeuge 10 quer zur Fahrtrichtung 11 ausgebildet ist.

Das Bodenbearbeitungsgerät 3 wird vom Zugfahrzeug 2 in Fahrtrichtung 11 längsreihenförmig gepflanzter Nutzpflanzen 12 bewegt. Aufgrund Schwankungen bei der Anpflanzung bzw. aufgrund unterschiedlicher Wuchsbedingungen wird es zu Abweichungen der tatsächlichen Position der Nutzpflanze 12 von der idealen Pflanzreihe 13 kommen. Die Bodenbearbeitungswerkzeuge 10 sind zumeist paarförmig am Bodenbearbeitungsgerät 3 angeordnet, wobei zwischen jeweils einem Paar Bodenbearbeitungswerkzeuge 10 ein Abstand 14 besteht. Dieser Abstand 14 ist derart gewählt, dass bei der Bearbeitung der Bodenoberfläche durch die Bodenbearbeitungswerkzeuge 10, lediglich das direkte Umfeld um die Nutzpflanze 12 bearbeitet wird, die Nutzpflanze 12 jedoch nicht beschädigt wird.

Gemäß der Ausführung des gegenständlichen Bodenbearbeitungssystems 1 ist vorgesehen, dass die Bilderfassungsvorrichtung 5 einen Erfassungsbereich 15 aufweist, welcher auf den Arbeitsbereich 16 ausgerichtet ist. Der Arbeitsbereich 16 umfasst die oberste Schicht der Bodenoberfläche im Bereich des Abstands 14 zwischen den Bodenbearbeitungswerkzeugen 10, und umfasst ferner einen in Fahrtrichtung 11 vorgelagerten Bereich der Bodenoberfläche mit dort angeordneten Nutzpflanzen 12.

Wird von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung 7 in dem, von der Bilderfassungsvorrichtung 5 erfassen Abbild des Arbeitsbereichs 16, eine Abweichung einer im Bereich der Bodenbearbeitungswerkzeuge 10 liegenden Nutzpflanze 12 von der optimalen Pflanzreihe 13 ermittelt, wird vom Steuerungsmodul 8 das Stellmittel 9 in der Verstellvorrichtung 17 aktiviert. Dadurch wird das Bodenbearbeitungsgerät 3 bzw. die Bodenbearbeitungswerkzeuge 10 um den ermittelten Differenzbetrag in einer Verstellrichtung 18 parallel zur Bodenoberfläche und im Wesentlichen normal zur Fahrtrichtung 11 verstellt, sodass der Abstand 14 zwischen den Bodenbearbeitungswerkzeugen 10 an der aktuellen Position der Nutzpflanze 12 angeordnet wird.

Die Verstellvorrichtung 17 kann dabei an der Haltevorrichtung 4 oder am Bodenbearbeitungsgerät 3 angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt eine Frontansicht auf das gegenständliche Bodenbearbeitungssystem 1 entgegen der Fahrtrichtung des Zugfahrzeuges 2. Die Bilderfassungsvorrichtung 5 ist mittels einer Montagevorrichtung 6 und einer Klemmvorrichtung 19 am Zugfahrzeug 2, beispielsweise an einem Rahmenteil angeordnet. Ein Erfassungsbereich 15 der Bilderfassungsvorrichtung 5 ist dabei entgegen der Fahrtrichtung auf den Arbeitsbereich 16 gerichtet. Dieser Arbeitsbereich 16 umfasst eine die Bodenoberfläche 20 überragende Nutzpflanze 12, einen in Fahrtrichtung vorgelagerten Bereich 21 der Bodenoberfläche 20, sowie einen Bereich des Bodenbearbeitungsgeräts 3 in welchem ein Parameterspeicher 22 angeordnet ist. Auf diesem Parameterspeicher 22 sind, wie nachfolgend beschrieben, wesentliche Kenndaten bzw. charakteristische Merkmale des Bodenbearbeitungsgeräts 3, der Ausrichtung desselben, sowie der Nutzpflanze 12 hinterlegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Parameterspeicher 22 optisch auslesbar. Aufgrund der Anordnung im Arbeitsbereich 16 und somit im Erfassungsbereich 15 der Bilderfassungsvorrichtung 5 ist gewährleistet, dass dieser Parameterspeicher 22 stets von der Bilderfassungsvorrichtung 5 erfasst wird.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass vom Landwirt bzw. vom Fahrer des Zugfahrzeuges 2 keine zusätzlichen Konfigurationsaufgaben übernommen werden müssen, da sämtliche, die korrekte Ausrichtung des Bodenbearbeitungsgeräts 3, bzw. der Bodenbearbeitungswerkzeuge 10, betreffenden Kenngrößen am Parameterspeicher 22 hinterlegt sind. Durch Auslesen des Parameterspeichers 22 durch die Bilderfassungsvorrichtung 5 und Aufbereiten der einzelnen Parameter durch die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung 7, ist das gesamte Bodenbearbeitungssystem konfiguriert und bereit für den Einsatz.

Die Montagevorrichtung 6 ist in der Figur stark schematisiert dargestellt. In einer konkreten Ausführung wird diese derart ausgebildet sein, dass eine stabile Halterung der Bilderfassungsvorrichtung 5 gewährleistet ist, und dass Vibrationen des Zugfahrzeugs 2 soweit gedämpft werden, dass diese Vibrationen die Erfassung des Arbeitsbereichs 16 nicht stören.

Fig. 3 zeigt den Parameterspeicher 22 in einer Detaildarstellung. Der Parameterspeicher 22 weist einen Parametersatz 23 des Bodenbearbeitungsgeräts auf, bevorzugt ist dieser Parametersatz 23 als 1D bzw. 2D optisch lesbarer Code ausgebildet, insbesondere als QR-Code.

Auf dem Parameterspeicher 22 ist ferner eine Ausrichtinformation angeordnet, so-dass auf rein optischem Weg, insbesondere ohne zusätzliche Neigungssensoren, die Position des Bodenbearbeitungsgeräts ermittelt werden kann. Insbesondere weist der Parameterspeicher 22 eine horizontale 24 und eine vertikale 25 Ausrichtinformation auf. Der Parameterspeicher 22 ist bevorzugt als plattenförmiges Objekt ausgebildet und kann daher mittels einer Klemmvorrichtung, oder beispielsweise durch Verbindungsmittel, am Bodenbearbeitungsgerät angeordnet werden. Bei der Anordnung wird die Position des Parameterspeichers 22 so gewählt, dass sich die vertikale Ausrichtinformation 25 beispielsweise genau an der Position des Abstands zwischen den Bodenbearbeitungswerkzeugen befindet. Im Wesentlichen genau an der Position der Pflanzreihe. Die horizontale Ausrichtinformation 24 wird parallel zur Erstreckung der Bodenbearbeitungswerkzeuge ausgerichtet. Da im Parametersatz 23 Kenndaten über das Bodenbearbeitungsgerät hinterlegt sind, kann ferner vorgesehen sein, dass die vertikale Ausrichtinformation 25 an einer festlegbaren Relativposition zum Abstand zwischen den Bodenwerkzeugen angeordnet sein kann, die Relativposition ist im Parametersatz 23 hinterlegt.

Mit diesen beiden Merkmalen des Parameterspeichers 22 wird erreicht, dass das gegenständliche Bodenbearbeitungssystem ohne zusätzliche Konfiguration durch einen Anwender sofort und unmittelbar einsetzbar ist.

Bekannte Systeme haben zur Erkennung der zu bearbeitenden Nutzpflanze einen Durchschnittsdatensatz hinterlegt, mit welchem spezifische Charakteristika, insbesondere spektrale Charakteristika, der Nutzpflanze beschrieben werden. Das Problem solcher Durchschnittswerte liegt nun darin, dass die tatsächliche Ausbildung der Nutzpflanze vor Ort, von diesem Durchschnittswert abweichen kann, so-dass diese nicht oder nur unzuverlässig als Nutzpflanze erkannt wird. Demgegenüber ist am gegenständlichen Parameterspeicher 22 ein Aufnahmebereich und/oder eine Halterung 26 vorgesehen, in welchem eine Nutzpflanze aus dem aktuellen Bestand vor Ort aufgenommen wird. Die Aufnahme bzw. Halterung 26 kann beispielsweise durch einen aufklappbaren Gitterrahmen gebildet sein, mit welchem die Nutzpflanze zuverlässig im Erfassungsbereich der Bilderfassungsvorrichtung angeordnet bleibt. Der besondere Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass für die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung immer ein aktuelles Referenzmuster der Nutzpflanze zur Verfügung steht, ohne dafür einen sehr großen Referenzdatensatz vorrätig haben zu müssen, oder durch eine Mittelwertbildung spezifische Detailausführungen der Nutzpflanze vor Ort nicht erfassen zu können.

Abschließend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In der Fig. 3 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des Bodenbearbeitungssystems gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Figuren hingewiesen bzw. Bezug genommen.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Bezugszeichenliste 1 Bodenbearbeitungssystem 2 Zugfahrzeug 3 Bodenbearbeitungsgerät 4 Haltevorrichtung 5 Bilderfassungsvorrichtung 6 Montagevorrichtung 7 Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung 8 Steuerungsmodul 9 Stellm ittel 10 Bodenbearbeitungswerkzeug 11 Fahrtrichtung 12 Nutzpflanze 13 Pflanzreihe 14 Abstand 15 Erfassungsbereich 16 Arbeitsbereich 17 Verstellvorrichtung 18 Verstellrichtung 19 Klemmvorrichtung 20 Bodenoberfläche 21 Bereich 22 Parameterspeicher 23 Parametersatz 24 horizontale Ausrichtinformation 25 vertikale Ausrichtinformation 26 Aufnahmebereich, Halterung

Claims (18)

1. Patentansprüche

   1. Bodenbearbeitungssystem (1), umfassend ein Zugfahrzeug (2), welches zum Fahren in einer Fahrtrichtung (11) auf einer unbefestigten Bodenfläche ausgebildet ist, ein Bodenbearbeitungsgerät (3), welches über eine Flaltevorrichtung (4) am Zugfahrzeug (2) lösbar angeordnet ist, eine Bilderfassungsvorrichtung (5), und eine Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) mit einem Steuerungsmodul (8), wobei das Bodenbearbeitungsgerät (3) zumindest ein Paar Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) aufweist, und wobei eine Verstellvorrichtung (17) vorgesehen ist, welche zumindest ein Stellmittel (9) aufweist, um die Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) relativ zum Zugfahrzeug (2), in einer Verstellrichtung (18) parallel zur Bodenoberfläche (20) und im Wesentlichen normal zur Fahrtrichtung (11), zu verstellen, und wobei die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) mit der Bilderfassungsvorrichtung (5) verbunden ist, und wobei das Steuerungsmodul (8) mit dem Stellmittel (9) verbunden ist, und wobei die Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) in einer Arbeitsstellung zur Bearbeitung eines Arbeitsbereichs (16) ausgebildet sind, welcher Arbeitsbereich (16) die oberste Schicht der Bodenoberfläche (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung (5) mittels einer Montagevorrichtung (6) am Zugfahrzeug (2) angeordnet ist, und dass ein Erfassungsbereich (15) der Bilderfassungsvorrichtung (5) entgegen der Fahrtrichtung (11) und auf den Arbeitsbereich (16) ausgerichtet ist, und dass die Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) am Zugfahrzeug (2) vorgesehen ist.
2. 2. Bodenbearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (17) an der Haltevorrichtung (4) oder am Bodenbearbeitungsgerät (3) angeordnet ist.
3. 3. Bodenbearbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) derart am Bodenbearbeitungsgerät (3) angeordnet ist, dass in Normalrichtung zur Fahrtrichtung (11) gesehen, zwischen den beiden Werkzeugen ein Abstand (14) besteht.
4. 4. Bodenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Bilderfassungsvorrichtung (5) zur Erfassung von zumindest 3 Einzelbilder je Sekunde ausgebildet ist.
5. 5. Bodenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bilderfassungsvorrichtung (5) zur Erfassung von Einzelbilder zumindest mit einer Auflösung von 480.000 Bildpunkten ausgebildet ist.
6. 6. Bodenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitverzögerung zwischen der Erfassung eines Bilds des Arbeitsbereichs (16) durch die Bilderfassungsvorrichtung (5) und der Generierung eines Steuerkommandos für das Stellmittel (9) durch das Steuerungsmodul (8) weniger als 350 ms beträgt.
7. 7. Bodenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Erfassungsbereich (15) der Bilderfassungsvorrichtung (5) am Bodenbearbeitungsgerät (3) ein optisch auslesbarer Parameterspeicher (22) angeordnet ist.
8. 8. Bodenbearbeitungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterspeicher (22) eine horizontale (24) und/oder vertikale (25) Ausrichtinformation aufweist.
9. 9. Bodenbearbeitungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterspeicher (22) einen Parametersatz (23) des Bodenbearbeitungsgeräts (3) aufweist.
10. 10. Bodenbearbeitungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterspeicher (22) einen Aufnahmebereich und/oder eine Halterung (26) zur Aufnahme bzw. Halterung einer Nutzpflanze (12) aufweist.
11. 11. Bodenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (4) ein weiteres Stellmittel (9) aufweist, welches ein Verschwenken des Bodenbearbeitungsgeräts (3) um die Achse der Fahrtrichtung (11) ermöglicht.
12. 12. Bodenbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung (6), zur lösbaren Verbindung der Montagevorrichtung (6) an dem Zugfahrzeug (2), eine Klemmvorrichtung (19) aufweist.
13. 13. Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Bodenbearbeitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Bodenbearbeitungsgerät (3) mit paarweisen Bodenbearbeitungswerkzeugen (10) von dem Zugfahrzeug (2) in einer Fahrtrichtung (11) längs in Reihen gepflanzter Nutzpflanzen (12) gezogen wird, wobei von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) ein von der Bilderfassungsvorrichtung (5) erfasstes Bild aufbereitet und analysiert wird und ein Differenzwert zwischen einer Soll-Ausrichtung der Bodenbearbeitungswerkzeuge (10), insbesondere des Spalts zwischen den Bearbeitungswerkzeugen, in Relation zur Nutzpflanze (12) und einer erfassten Ist-Ausrichtung gebildet wird, und vom Steuerungsmodul (8) Steuerkommandos an das Stellmittel (9) übermittelt werden, wodurch mittels der Verstellvorrichtung (17) die Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) um den Differenzwert verstellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass von der Bilderfassungsvorrichtung (5) ein Bild der Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) und die Bodenoberfläche (20) im unmittelbaren Bereich vor den Bodenbearbeitungswerkzeugen (10) erfasst wird, und von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) und dem Steuerungsmodul (8) die Verstellung der Bodenbearbeitungswerkzeuge (10) annähernd in Echtzeit durchgeführt wird, insbesondere mit einer Zeitverzögerung kleiner als 350 ms.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) im erfassten Abbild - die horizontale Ausrichtinformation aus dem Parameterspeicher (22) ausgelesen wird, und - ferner eine Oberflächenlinie als Ist-Ausrichtung ermittelt wird und vom Steuerungsmodul (8) das weitere Stellmittel (9) angesteuert wird, und durch Verschwenken des Bodenbearbeitungsgeräts (3) eine Abweichung zwischen der Soll-Ausrichtung gemäß der horizontalen Ausrichtinformation, und der ermittelten Ist-Ausrichtung auszugleichen.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Differenzwerts, von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) im erfassten Abbild - die vertikale Ausrichtinformation aus dem Parameterspeicher (22) ausgelesen wird, und - die Position der Nutzpflanze (12) im erfassten Abbild ermittelt wird, und ein vertikaler Versatz zwischen der vertikalen Ausrichtinformation und der ermittelten Position der Nutzpflanze (12) als Differenzwert ermittelt wird.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bereich des Arbeitsbereichs (16) und/oder der Haltevorrichtung im erfassten Abbild von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) eine Spektralanalyse und/oder eine Reflexionsanalyse durchgeführt und ein Lichtwert der Nutzpflanze (12) ermittelt wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) im erfassten Abbild ein Bereich ermittelt wird, der dem ermittelten Lichtwert entspricht.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass von der Bildaufbereitungs- und Analysevorrichtung (7) im erfassten Abbild der Parametersatz (23) aus dem Parameterspeicher (22) ausgelesen wird, und an das Steuerungsmodul (8) übertragen wird.