AT523297B1

AT523297B1 - Autonomer Geräteträger

Info

Publication number: AT523297B1
Application number: ATA6/2020A
Authority: AT
Inventors: Schlager Gerd; Aspelmayr Josef
Original assignee: S A M Tech Gmbh
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-07-15
Also published as: WO2021138704A1; AT523297A4

Abstract

Ein autonomer Geräteträger mit einem Rahmen (1,2) mit an elektrisch höhenverstellbaren Stelzen (3,4) geführten Rädern (5,6), welcher Rahmen eine Steuereinheit (10), und Sensoren (17) aufnimmt und an welchem Arbeitsgeräte befestigbar sind, welche für die verschiedensten Arbeiten geeignet sind und die punktuelle bzw. selektive Einwirkung auf das Feld ermöglichen. Dazu besteht der Rahmen aus einem mittigen Längsträger (1) und einem vorderen Querträger (2), an dessen Enden Stelzen (3,4) befestigt sind, die Räder (5) Nabenmotoren (7) aufweisen, und am hinteren Ende des Längsträgers ein weiteres Rad (6) ist. Der Längs- (1) und Querträger (2) verfügt über Schnittstellen (18,19,20) welche Signalaufnahmegeräte (17) und/oder Arbeitsgeräte (25,26,29,31,32,35,38) aufnehmen können.

Description

Beschreibung

AUTONOMER GERÄTETRÄGER

[0001] Die Erfindung betrifft ein autonomes landwirtschaftliches Fahrzeug, auch als Geräteträger bezeichnet, mit einem Rahmen, mit an Stelzen geführten Rädern, welcher Rahmen eine Steuereinheit, einen oder mehrere Akkumulator und Sensoren aufnimmt und an welchem Arbeitsgeräte befestigt beziehungsweise befestigbar sind. Autonom bedeutet, dass das Fahrzeug ohne Fahrer auskommt da es über die entsprechenden Sensoren, Kommunikationsmethoden und die dafür erforderliche elektronische Regelung verfügt.

[0002] Derartige elektromotorisch angetriebene Geräteträger können klein und leicht gebaut sein, was zu einer geringe Bodenverdichtung und einen geringen Energieverbrauch führt. Nebstbei sind sie leicht zum Einsatzort transportierbar. Aufgrund des elektrischen Antriebes resultiert weiters eine geringe akustische Umweltbelastung. Die autonome Betriebsart führt zu geringen Betriebskosten, da zum Betrieb keine Arbeitskraft erforderlich ist.

[0003] Aus der chinesischen Offenlegungsschrift CN 108902098 A ist ein unbemanntes landwirtschaftliches Fahrzeug bekannt, das dem Versprühen eines Pestizides oder dem Säen dient und mittels Funksignalen steuerbar ist. Die Sprühdüsen sind an einem bodennahen Querbalken angebracht. Am vorderen Ende ist ein Sensor vorgesehen. Dieses Fahrzeug ist zwar auch elektrisch angetrieben, ist aber ausschließlich für die genannten Arbeiten bei dafür günstigen Bedingungen einsetzbar und hat die folgenden weiteren Nachteile:

[0004] Der viereckige Rahmen ist schwer, sperrig und nur für die Anbringung der genannten Vorrichtungen geeignet. Der bodennahe Querbalken verringert die Bodenfreiheit, sodass zum Beispiel angehäufelte Kulturen (Kartoffeln oder Spargel) nicht befahrbar sind. Die vier Räder erfordern eine Federung, damit auch bei Unebenheiten alle Räder den Boden berühren.

[0005] Weiters ist in der Offenlegungsschrift US 2006213167 A1 ein dreirädriger autonom agierende Roboter bekannt, welcher unterschiedliche Aufgaben im Bereich der Landwirtschaft erledigen kann. Dieses 3-rädige Fahrzeug ist als kompaktes Gerät aufgebaut wodurch dieses für den Transport nicht zerlegt werden kann. Weiters verfügt dieses Gerät über keinerlei Möglichkeiten, sich den Gegebenheiten des Geländes anzupassen und somit unabhängig vom Neigungs- bzw. vom Böschungswinkel des Geländes definierte Höhen einzunehmen und/oder nivelliert zu operieren.

[0006] Es ist daher die Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein gattungsgemäßes Fahrzeug zu schaffen, das die genannten Nachteile meidet und universell für die verschiedensten Arbeiten geeignet ist, zum Beispiel das Setzen einzelner Pflanzen oder das Einwirken auf diese. Es soll die punktuelle und auch die selektive Einwirkung auf einzelne Pflanzen erlauben, Insbesondere beim Versprühen eines Herbizides.

[0007] Erfindungsgemäß wird das mit einem Geräteträger mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Anspruchs erreicht. Der eine, mittige Längsträger mit nur einem Rad an seinem hinteren Ende ergibt einen leichten Rahmen und viele Möglichkeiten der Befestigung der verschiedenen Vorrichtungen. Die drei Räder berühren den Boden immer, es ist keine Federung erforderlich. Damit ist das Fahrzeug für zumindest zwei Anbaureihen gedacht, wobei dann das hintere Rad zwischen den beiden zentralen Reihen rollt.

[0008] Der Querträger mittig vorne enthält die Steuereinheit für alle steuer- und regelbaren Elemente. Am Geräteträger sind weiters die Signalaufnahmegeräte für die Ansteuerung der Arbeitsgeräte angebracht und so direkt mit dieser verbunden. Der Längsträger hat weitere Schnittstellen für Sensoren und/oder Arbeitsgeräte.

[0009] Um den Arbeitshöhen für unterschiedliche Anwendungen gerecht zu werden und um eine entsprechende Bodenfreiheit für Transportanwendungen zu erreichen, sind die zwei vorderen Räder und das hintere Rad in elektrisch höhenverstellbaren Stelzen geführt, wobei das hintere Rad um eine vertikale Achse schwenkbar ist. Die Lenkung selbst kann durch gesteuertes Ver-

schwenken um die Achse erfolgen, oder, vorzugsweise, durch differenzierte Ansteuerung der Nabenmotoren der Vorderräder, wobei sich das Hinterrad dank seines Nachlaufes selbst einstellt. Zur Anpassung an den Abstand der Zeilen bzw. Reihen kann der Abstand der Stelzen vom Längsträger durch Zwischenelemente mit Schnittstellen erweitert werden.

[0010] Die Stelzen verfügen neben den Motoren zur Höhenverstellung auch über Abstandssensoren welche zur Lage- und Höhenregelung herangezogen werden. Weiters sind in einer Weiterbildung an den Schnittstellen Bilderfassungsgeräte angebracht. Deren Signale beziehungsweise Bilder werden in der Steuereinheit verarbeitet und in Steuersignale für die entsprechenden Arbeitsgeräte umgesetzt. Die Bilderfassungsgeräte erlauben die punktuelle und selektive Einwirkung der Arbeitsgeräte.

[0011] Das Steuergerät des Geräteträgers verfügt über Antennen für die Kommunikation mit externen Netzwerken bzw. externen Geräten.

[0012] Am Querträger und am Längsträger sind weitere Schnittstellen für die Befestigung von Arbeitsgeräten und/oder Roboterarmen vorgesehen. Diese führen dann die punktuelle, selektive Einwirkung aus, die aus den Signalen der Signalaufnahmegeräte abgeleitet sind.

[0013] An den jeweiligen Schnittstellen können Unkrautvernichtungseinheiten, etwa Hackräder oder Sprühdüsen, oder ein Saatkopf angebracht sein. Am Längsträger können Behälter wie Saatgut-, Schüttgutbehälter oder ein Flüssigkeits-tank befestigt sein. So ist der Geräteträger für die verschiedensten Arbeiten einsetzbar, wobei insbesondere eine punktuelle und selektive Einwirkung möglich ist.

[0014] Am Längsträger kann auch der Akkumulator befestigt sein, vorzugsweise aber sind seine Zellen im Inneren des Längsträgers untergebracht.

[0015] Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Geräteträger in verschiedenen Ausstattungsvarianten für verschiedene Aufgaben anhand von Abbildungen beschrieben. Es stellen dar:

[0016] Fig. 1 Geräteträger in Grundausrüstung,

[0017] Fig. 2 Geräteträger mit ausgefahrenen Stelzen,

[0018] Fig. 3 Geräteträger mit verbreiterter Spur, explodiert, [0019] Fig.4 Geräteträger mit Pflückrobotern,

[0020] Fig. 5 Geräteträger mit Saatköpfen,

[0021] Fig.6 Geräteträger mit mechanischer Unkrautvernichtung, [0022] Fig. 7 Geräteträger mit Sprüharmen,

[0023] Fig. 8 Geräteträger mit Transporteinrichtung

[0024] In Fig. 1 ist der Längsträger mit 1 und die beiden Hälften eines Querträgers mit 2 bezeichnet. Beide sind geschlossene Hohlprofile die nicht dargestellte elektrische Leiter enthalten können. An den äußeren Enden der Querträger 2 sind Stelzen 3 (vorne) bzw. 4 (hinten) am Ende des Längsträgers befestigt. Der Pfeil 11 gibt die Fahrtrichtung an. An jeder vorderen Stelze 3 ist, in einer Gabel 8 geführt, ein Rad 5 mit jeweils einem Nabenmotor 7. Das hintere Rad 6 ist nicht angetrieben. Seine Gabel 9 ist um eine vertikale Achse 12 schwenkbar, seine Achse ist in Fahrtrichtung hinter der vertikalen Achse 12, was als Nachlauf bezeichnet wird, sodass sich das Rad 6 bei Anderung der Fahrtrichtung einstellen kann.

[0025] An der Kreuzung zwischen Längsträger 1 und Querträger 2 ist eine Steuereinheit 10 angebracht, in einem Gehäuse, an dessen Stirnseite eine Schnittstelle 18 für Signalaufnahme- und Arbeitsgerät befestigt ist wobei hier ein Bilderfassungsgeräte 17 dargestellt ist. Weitere Anschlüsse, Steckkontakte oder Antennen, die sich auf dem Steuergerät 10 befinden, sind nicht dargestellt.

[0026] Am Längsträger 1 sind zweite Schnittstellen 19 für die Befestigung und elektrische Kontaktierung von Arbeitsgeräten vorgesehen, an den Querträgern 2 ebensolche dritte Schnittstellen

20 welche Sensorik und Aktuatorik aufnehmen können.

[0027] Unter der Steuereinheit 10 ist ein Akkumulator 16 angebracht, welcher die Steuereinheit, den Fahrantrieb sowie die Sensorik und Arbeitsgeräte mit elektrischer Energie versorgt.

[0028] In Fig. 2 ist angedeutet, dass der Akkumulator alternativ im Inneren des Längsträgers 1 untergebracht ist, wobei die Zellen 21 in Längsrichtung angeordnet sind. Weiters ist zu sehen, dass die Räder 5 und 6 führenden Gabeln 8 und 9 in den Stelzen 3 und 4 höhenverstellbar sind. Die Höhenverstellung erfolgt mittels eines elektrischen Antriebes 22 in den Stelzen 3 und 4, welche vom Steuergerät 10 angesteuert werden. Die Regelung basiert auf den in den Stelzen 3 und 4 verbauten Abstandssensoren 14 sowie auf den in der Steuereinheit 10 verbauten Beschleunigungssensoren 13. Erfolgt die Ansteuerung für die Räder voneinander unabhängig, kann sich der Geräteträger jeglichem Gelände anpassen. Weiters ist ersichtlich, dass die Gabeln 8 und 9 jeweils über eine Feststellbremse 15 verfügen.

[0029] In Fig. 3 ist gezeigt, dass der seitliche Abstand der Stelzen 3 vom Längsträger 1 variabel ist. So kann die Spurweite der Vorderräder 5 der Breite der Reihen / Zeilen oder dem Abstand der Ackerfurchen angepasst werden. Dabei ist die Breite von zwei Zeilen maßgebend und das hintere Rad 6 rollt in der mittigen Furche zwischen den beiden zentralen Zeilen ab. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verlängerung der Querträger 2 durch Einsetzen eines Zwischenstücks 23. Das Zwischenstück 23 verfügt über vierte Schnittstellen 24, welche wiederum zur Aufnahme von Sensorik oder Arbeitsgeräten dient.

[0030] Fig. 4 zeigt den Querträger 2, an dessen dritten 20 und vierten Schnittstellen 24 über eine elektrisch Linearführung 26 Roboterarme 25 mit Greifern 27 montiert sind. Die Greifer 27 sind hier als Zangen ausgeführt um zum Beispiel Blumen zu pflücken. Es können aber auch andere Greifer sein, zum Beispiel Werkzeuge zum Ausstechen von Disteln. In jedem Fall werden die Aktuatoren 25, 26, 27 vom Steuergerät 10 auf Basis von Bildsignalen so angesteuert, dass diese punktuell wirken können. Es kann dazu auch ein Sammelbehälter ähnlich dem zu Fig. 5 erwähnten Saatgutbehälter 28 angebracht werden.

[0031] Fig. 5 zeigt den Geräteträger mit zwei Saatköpfen 29 und einem Saatgutbehälter 28. Hier sind zwei Saatköpfe 29, welche von Einzelsamen-Sämaschinen bekannt sind, mittels elektrischer Linearführungen 26 an den dritten Schnittstellen 20 angebracht. Der Saatgutbehälter 28 ist mittels Laschen 30 am Längsträger 1 bzw. an deren Schnittstellen 19 befestigt.

[0032] Fig. 6 zeigt den Geräteträger mit an sich bekannten Vorrichtungen 31, 32 zur mechanischen Unkrautvernichtung. Hier sind drei derartige Vorrichtungen am Geräteträger angebracht; eine (31) mittig vorne an der ersten Schnittstelle 18 und in der Längsmitte zwei (32) an einem zweiten Querbalken 33 welche an den zweiten Schnittstellen 19 angebracht sind. Die Vorrichtungen 31, 32 sind durch elektrische Linearführungen 26 höhenverstellbar. Zur Regelung durch die Steuereinheit 10 wird die Sensorik / das Bilderfassungsgerät an einer der dritten Schnittstellen 20 angebracht.

[0033] Fig. 7 zeigt den Geräteträger mit zwei Sprüharmen 35 und einem Tank 36 für die zu versprühende Flüssigkeit. Der Tank 36 wird über Querträger 37 an mindestens zwei der dritten Schnittstellen 19 befestigt. Die Sprüharme 35 sind ähnlich den Roboterarmen 25 (siehe Fig. 4) ausgeführt, wobei diese über eine elektrische Vorrichtung zur Höhenverstellung 26 und einer Sprühdüse 34 verfügen. Die Sprühvorrichtungen werden vom Steuergerät 10 aufgrund der vom Bilderfassungsgerät 17 und der ebenfalls im Steuergerät enthaltenen Bilderkennungssoftware gelieferten Signale gesteuert.

[0034] Fig. 8 zeigt den Geräteträger als autonom operierendes Transportgerät für Schüttgut aufgrund des gezeigten Schüttgutbehälters 39. Für den Fahrbetrieb wird der Behälter 39 mittels des Aufnahmebügels 38, welcher an einer der dritten Schnittstellen 19 montiert ist angehoben, wobei dies durch die in den Stelzen 3 und 4 angebrachte elektrische Höhenverstellung 22 (hier nicht dargestellt) erfolgt.

Claims

Patentansprüche

1. Autonomes landwirtschaftliches Fahrzeug mit einem Rahmen mit an Stelzen geführten Rädern, welcher Rahmen eine Steuereinheit, einen Akkumulator und Sensoren aufnimmt und an welchem Arbeitsgeräte befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass

a. der Rahmen aus einem mittigen Längsträger (1) und einem vorderen Querträger (2) besteht, an dessen Enden Stelzen (3,4) befestigt sind, die Räder (5) mit Nabenmotoren (7) aufweisen, und am hinteren Ende des Längsträgers ein weiteres Rad (6) ist,

b. die Stelzen (3,4) über eine elektrische Höhenverstellung (22) verfügen,

c. am in Fahrtrichtung vorderen Querträger (2) die Steuereinheit (10) mit zumindest einer ersten Schnittstelle (18) und zwei dritten Schnittstellen (20) für Signalaufnahmegeräte (17) angebracht sind,

d. am die Längsmitte bildenden Längsträger (1) zweite Schnittstellen (19) für Sensoren (17), Befestigungselement für Behälter (30,37,38) und/oder Arbeitsgeräte (26,32,33) vorgesehen sind.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Querträger (2) in Fahrtrichtung (11) vorne, und hinten nur eine Stelze (4) für ein um eine vertikale Achse (12) schwenkbares Rad (6) vorhanden ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Rad (6) lenkbar ist.

4. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Rad (6) bezüglich der vertikalen Achse (12) einen positiven Nachlauf hat und die Lenkung durch Ansteuern der Nabenmotoren (7) am vorderen Querträger (2) erfolgt.

5. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gabel (8,9) mit einer Feststellbremse (15) ausgestattet ist, welche elektrisch aktuiert wird, Im offenen und geschlossenen Zustand jedoch stromfrei ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand der Stelzen (3) vom Längsträger (1) variabel ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Schnittstelle (18) oder einer der dritten Schnittstellen (20) ein oder mehrere Bilderfassungsgeräte (17) angebracht sind.

8. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelzen (3,4) über Abstandssensoren (14) und die Steuereinheit (10) über Beschleunigungssensoren (13) verfügt, deren Signale für die Lage- und Höhenregelung verwendet werden.

9. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) über Schnittstellen bzw. über Antennen für die Kommunikation mit externen Netzwerken (nicht dargestellt) verfügt.

10. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Querträger und/oder am Längsträger Roboterarme und dritte Schnittstellen (20) für diese vorgesehen sind.

11. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Schnittstellen (19) am Längsträger (1) Unkrautvernichtungseinheiten (32,33) anbringbar sind.

12. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Längsträger (1) und/oder am Querträger (2) Unkrautvernichtungseinheiten (31,32) anbringbar sind.

13. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den dritten Schnittstellen (20) am Querträger (2) ein Saatkopf (29) und am Längsträger (1) ein Saatgutbehälter (28) anbringbar sind.

14. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den dritten Schnittstellen (20) am Querträger (2) Sprühdüsen (34) und am Längsträger (1) ein Flüssigkeitstank (36) anbringbar sind.

15. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (21) im Inneren des Längsträgers (1) oder ein externer Akkumulator (16) unter der Steuereinheit untergebracht ist.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen