CN107690280A - 除草装置 - Google Patents

Abstract

介绍一种用于破坏杂草的装置，具有：处理工具（16），所述处理工具构造用于破坏杂草；分类单元（22），所述分类单元具有杂草位置数据并且/或者构造用于识别杂草；本地化单元（24），所述本地化单元构造用于，获取在所述处理工具（16）和杂草之间的相对位置；以及操作机单元（20），所述操作机单元构造用于，根据所获取的相对位置相应地定位所述处理工具（16）。

Description

除草装置

背景技术

农业中的除草是一项劳动强度非常高的任务，特别是在有机种植（Anbau）中，所述有机种植禁止或限制使用化学物质。根据所种植的作物（Kultur），需要在直接邻近经济作物的地方除草。这种除草（Regulierung）通常在早期生长状态中进行。经济作物和草在那时都还很小并且相互接近。为了避免对经济作物造成破坏，需要目的导向地应用选择性的方法。这在（例如用于胡萝卜的）有机种植中通过劳动强度较高的、对身体造成伤害的人工工作进行（利用所谓的“除草飞行员”：季节性-劳动力俯卧在平板车上并且将草除去）。

本发明自动地实现了这个工作，并且对于经济上的要求来讲也比较合理（快速并且精确的工作）。

对于具有更大的种植间距的特殊作物（例如甜菜、生菜）来说，公开了拖拉机种植设备，所述拖拉机种植设备能够识别各个经济作物并且如此操控相应工具，使得经济作物的面积保持未处理。该任务不需要选择性。这就是说，该系统不会检查待处理的面积，而更确切地说而是根据已知的经济作物位置“盲目”地控制工具。一般地，到经济作物的间距定义了准确性要求。

然而所有的已知设备都不够准确，以在种植间距较小（例如胡萝卜）的作物中除草。在这里，需要在早期在直接邻近经济作物的地方除草并且现今要求人力工作。

DE4039797A1公开了一种用于除草的装置，其中用于除草的执行器永久性地运转，并且当通过传感器识别出经济作物（Kulturpflanze）时才短时间地中断。

发明公开

本发明的主题是根据独立权利要求所述的、用于破坏杂草（Beikraut）的装置以及用于破坏杂草的方法。通过根据本发明所述的装置以及根据本发明所述的方法，现在能够非常迅速并且精确地除草或除杂草。特别是在种植间距较小（例如胡萝卜）的作物中，通过本发明，能够在非常早的阶段在直接邻近经济作物的地方破坏或消灭不期望的杂草。

操作机单元（Manipulatoreinheit）在此是与所述装置分开的单元。所述操作机单元特别地构造用于，与整个装置的运动无关地对处理工具进行定位。所述操作机单元此外构造用于相对于或与所述装置无关地定位处理工具。所述操作机单元此外构造用于与地面平行地、特别是在所有的3个维度上对处理工具进行运动或定位。

有利的是，所述处理工具构造用于施加脉冲形式的压力，以破坏杂草，其中所述处理工具特别地构造为冲头（Stempel）。“冲头”这个概念在本发明的范围内可被理解为下述装置，所述装置构造用于，将植物或杂草机械地压入地面，由此，为经济作物实现生长跳跃（Wachstumsvorsprung）。有针对性地并且以脉冲形式地触发所述机械的冲头在这种情况下例如能够借助旋转的回转质量（Schwungmassen）实现，通过所述回转质量能够建立并且储存所需的能量（纳格勒电池（Akku-Naglers）原理）。有针对性地并且以脉冲形式地触发所述机械的冲头也能够通过有针对性的再充电过程（Umladevorgänge）（冲击波喷射器、涡流执行器原理）实施，其中电能的建立和储存例如能够借助电容器或线圈进行。此外，以脉冲形式触发机械冲头也能够通过点燃气体负载（Gasladung）进行。另一替换方案是利用通过阀开口以脉冲形式对机械冲头进行触发，由气动或液压的组件储存能量（纳格勒压力空气（Druckluft-Naglers）原理）。

在不脱离本发明范围的情况下，能够考虑的是，为了破坏杂草设置以下措施：激光，用于有针对性地将能量引入草（破坏细胞结构、抑制生长）；利用相应的机械的破坏效应的集束水射流；利用化学制剂（微粒）而非平面施加的有针对性的喷洒或照射；通过喷射相应的、用于抑制生长或破坏的制剂有针对性地对草造成影响。通过以脉冲形式地/快速地触发处理工具，一方面很大程度上能够尽量舍弃对根据本发明所述的装置的行驶方向上的自行运动进行的补偿。另一方面，在冲压过程中基本不会发生土壤运动，由此降低或排除了其他杂草出芽的可能。

此外，有利的是，所述分类单元具有特别是地图形式的、杂草位置数据并且/或者借助于摄像机单元和/或激光单元识别杂草。在这种情况下，所述地图能够具有所记入植物的登记图像。所述地图此外例如能够在所述装置的控制单元的存储单元中保存。然而，也能够考虑的是，由所述装置的控制单元的接收单元接收杂草的位置数据。

替换地和/或累积地，所述分类单元也能够构造用于，通过成像方法以及物体分类来识别杂草。在这种情况下，例如能够通过植物形态学借助常规摄像机、3D摄像机和/或激光进行分类。此外也能够通过由多光谱摄像机或超光谱摄像机对数据进行分析来进行分类，其中分析不同波长下的反射率并且由此通过一定的植物特征实现分类。

通过这些措施，不是简单“盲目”处理经济作物周围的区域，而更确切地说是直接识别并且记录了待清除的杂草，使得即使在到经济作物的距离很小的情况下，也能高效率地除草。

此外，有利的是，所述本地化单元借助摄像机单元和/或激光单元获取在处理工具和杂草之间的相对位置。通过该手段，能够进一步提高除杂草过程的精确性。由于通常传感器例如会遇到较大的不确定性，出现装置的运动、不确定的尺寸等等，因此需要对用于破坏杂草的装置或处理工具进行定位。后者例如能够由已知的安装位置以及由出自装置位置的动力学链中的相应传感机构计算。为了引导所述处理工具，操作机单元需要闭合的控制环，在所述控制环中，对处理工具与目标物体、即杂草的相对偏差进行评级。根据本发明所述，对此能够借助摄像机单元使用基于图像的方法。在这种情况下，特别是借助视觉伺服摄像机（简称VS摄像机）的“视觉伺服”能够投入使用。在图像处理之外，然而也能够使用其他的、类似的技术，例如借助激光进行扫描。

有利地，所述本地化单元或摄像单元和/或激光单元布置在操作机单元上、特别是处理工具旁。这样的系统在专业术语中也称为“Hand-I-系统”。若所述装置具有多个处理工具，则能够为了对处理工具单独进行引导而分别在每个上面布置摄像机。在同时使用多个处理工具时，同样能够考虑的是，仅设置一个摄像机。具有单独的摄像机的处理工具然而具有较高的定位准确度，因此通常每个另外的摄像机均会提高定位准确性。然而所述摄像机也能够位置固定地被固定在所述装置上，并且能够在视野范围内具有处理工具并且在该基础上执行控制。

在不脱离本发明范围的情况下，然而完全可能的是，所述分类单元和所述本地化单元形成同一个单元，并且由此例如唯一的摄像机完成了两个任务，即前述分类任务（识别草）以及获取处理工具和杂草之间的相对位置（视觉伺服），所述视觉伺服用于引导处理工具。在这种情况下能够以相似的方式和方法应用所提及的、具有摄像机的多个处理工具的实施方式。

此外，有利的是，所述操作机单元具有至少两个操作机，所述操作机分别具有至少一个处理工具。根据本发明所述，处理工具的定位通过操作机单元进行。所述操作机单元在这种情况下能够与绘制系统相似地具有相应的连接的线性驱动器。所述操作机单元也能够具有主轴驱动器、齿形皮带驱动器以及线性马达。此外也能够考虑应用气动或液压的驱动器或也能够考虑磁性引导（悬浮技术）。所述操作机此外也能够具有平行负运动结构，所述运动结构具有两个或三个平移自由度以及其他转动自由度。也能够考虑由串联负运动结构来构造所述操作机。

此外优选的是，所述至少两个操作机被构造用于相互独立地对处理工具进行操控，并且在限定的工作区域内对其进行运动。通过该手段，特别能够提高工作功率以及效率。有利地，所述处理工具的工作区域能够相互平行延伸。换言之，这就是说，所述处理工具平行，使得在所述装置上布置多个平行的操作机/处理工具-组合，其中每个处理工具具有其专用的工作区域。在这种情况下，通过以下方式实现了工作速度的提高：每个操作机/处理工具-单元仅具有比较低的行驶行程从而对于定位所述处理工具产生较少的时间损失。

有利地，所述处理工具的工作区域在所述装置的行驶方向上是并排的并且/或者相互交错的。换言之，这就是说，多个操作机/处理工具-单元相互串联地依次连接，使得每个操作机/处理工具-单元能够穿过整个工作区域。在这种情况下，通过以下方式实现了工作速度（承载车辆的行驶速度）的提高：所述操作机-处理工具-单元分担了任务。在这种情况下，智能的工作路径规划能够确定，对于何种植物将哪个单元投入使用。若多个单元依次连接并且相互平行地布置，则实现了工作速度（承载车辆的行驶速度）的进一步提高，其中每个单元具有专用的工作区域，并且仅仅驶过比较少的行驶行程，使得对于定位所述工具产生更少的时间损失。另一个有利的设计方案是，将操作机/处理工具单元在模块中综合，并且相互平行地布置多个模块。在这种情况下，每个模块能够具有其专用的工作区域或其自身的待处理植物列。由此，由于多个行列的处理能够并行地进行，因此能够进一步提高工作功率。此外，完全能够考虑的是，设置前面说明的布置方案的不同组合。例如，布置方案的串联连接产生了一种方式“在冲头垫上”，利用所述冲头垫，能够选择性地同时处理整个面积。

附图说明

接下来根据附图对本发明示例性地进行进一步说明，附图示出：

图1以示意图示出了根据本发明所述的用于破坏杂草的装置；

图2以示意俯视图示出了根据本发明所述的具有处理工具的装置；

图3以示意俯视图示出了根据本发明所述的具有串联连接的处理工具的装置；

图4以示意俯视图示出了根据本发明所述的具有平行和依次串联连接的处理工具；并且

图5以示意俯视图示出了根据本发明所述的、专门用于待处理的植物列的装置。

在下面对本发明的优选实施例进行的说明中，对不同图中示出的并且作用相似的元件采用相同或相似的附图标记，其中舍弃了对元件的重复说明。

在图1中，示出了根据本发明所述的除杂草装置，所述除杂草装置其总体配设有附图标记10。

所述除杂草装置构造为运动平台。对此，所述除杂草装置10具有驱动单元12，所述驱动单元具有轮14。

所述除杂草装置12根据本发明所述具有处理工具16，所述处理工具布置在操作机单元20的操作机18上。根据本发明所述，所述除杂草装置10此外具有分类单元23以及本地化单元24。在所示实施例中，分类单元22和本地化单元24是不同元件，其中完全能够考虑的是，二者共同形成单元（22、24）。在所示实施例中，分类单元22设计为摄像机形式的成像系统。

所述本地化单元24设计为视觉伺服摄像机并且布置在处理工具16旁的下操作机部段26上。换言之，这就是说，所述视觉伺服摄像机24在地面28上方“悬浮”并且在此处分别在直接邻近待处理杂草的地方获取对于处理工具16的相对位置。

如图1中此外能够看出的那样，操作机单元20此外具有定位单元30，所述定位单元操控操作机18。下面根据图2至5对所述定位单元30进行进一步说明。

为了确保提前辨认出杂草，所述分类单元22在除杂草装置10的行驶方向32上布置在前部区域34中。正如开头说明的那样，也能够完全舍弃分类单元并且替代地设置具有杂草位置数据的地图。

此外，所述除杂草装置10具有控制单元36。所述控制单元36接收分类单元22的数据或者具有例如以地图的形式的杂草位置数据和/或通过借助接收单元接收位置数据。所述控制单元36此外接收本地化单元24的数据类型并且由此获取在处理工具和杂草之间的精确的相对位置。

通过所接收的数据，控制单元36能够相应地控制操作机单元20或操作机18，使得所述处理工具16能够被带入相应位置中，以通过优选脉冲形式的触发通过施加压力破坏或消除杂草。

在图2至5中，示出了操作机单元和相应操作机的不同设计方案或布置方案。在这种情况下，分别设置三个操作机18，所述操作机分别具有处理工具16。所述操作机18能够被相互独立地操控，并且所述处理工具能够在整个工作区域38中在限定的工作区域（38.1、38.2、38.3）内部运动。

图2中示出了处理工具的平行连接。换言之，这就是说所述工作区域38.1、38.2、38.3相互平行地并且在除草装置10的行驶方向32上并排地布置。由此，每个处理工具16比较而言仅驶过较少的行驶行程，使得对于定位产生更低的时间损失。

在图3中示出了处理工具16的串联连接。在这种情况下，每个处理工具16又分别具有自身的工作区域38.1、38.2、38.3，然而所述工作区域与图2中示出的实施方式相反地在除草装置10的行驶方向32上又平行地依次布置。在该实施方式中，每个处理工具16能够穿过整个工作区域38，其中借助所述控制单元36的智能工作和/或行驶规划能够确定，对于何种植物将哪个处理工具投入使用，使得能够提高除草装置10的行驶速度并且由此提高工作速度。

在图4所示的除草装置10的实施例中，将处理工具16的工作区域38.1、38.2、38.3在除草装置10的行驶方向32上并排地并且相互交错地布置。每个处理工具10又均具有其专用的工作区域，其中同样在这里能够通过比较少的行驶行程来提高工作速度。

在图5中示出了具有处理工具16的除草装置10，所述处理工具具有相互间隔的工作区域38.1、38.2、38.3。所述工作区域虽然如图2所述的实施方式中那样平行地并且在除草装置10的行驶方向32上并排布置，但是在工作区域38.1、38.2、38.3之间设置了有意的缺口，不必在所述缺口上除草，使得能够进一步缩短处理工具16的行驶行程。

Claims (10)

1.用于破坏杂草的装置，具有：

-处理工具（16），所述处理工具构造用于破坏杂草；

-分类单元（22），所述分类单元具有杂草位置数据并且/或者构造用于识别杂草；

-本地化单元（24），所述本地化单元构造用于，获取在所述处理工具（16）和杂草之间的相对位置；以及

-操作机单元（20），所述操作机单元构造用于，根据所获取的相对位置相应地定位所述处理工具（16）。

2.根据权利要求1所述的装置（10），其特征在于，所述处理工具（16）构造用于施加脉冲形式的压力，以破坏杂草，其中所述处理工具（16）尤其是构造为冲头（16）。

3.根据前述权利要求任一项所述的装置（10），其特征在于，所述分类单元（22）具有尤其是地图形式的杂草位置数据，并且/或者借助于摄像机单元（22）和/或激光单元（22）识别杂草。

4.根据前述权利要求任一项所述的装置（10），其特征在于，所述本地化单元（24）借助摄像机单元（24）和/或激光单元（24）获取在处理工具（16）和杂草之间的相对位置。

5.根据前述权利要求任一项所述的装置（10），其特征在于，所述本地化单元（24）布置在所述操作机单元（20）上、尤其是处理工具（16）旁。

6.根据前述权利要求任一项所述的装置（10），其特征在于，所述操作机单元（20）具有至少两个操作机（18），所述操作机分别具有至少一个处理工具（16）。

7.根据权利要求6所述的装置（10），其特征在于，所述至少两个操作机（18）构造用于相互独立地对所述处理工具（16）进行操控并且在限定的工作区域（38.1、38.2、38.3）内对其进行运动。

8.根据权利要求7所述的装置（10），其特征在于，所述处理工具（16）的工作区域（38.1、38.2、38.3）相互平行。

9.根据权利要求8所述的装置（10），其特征在于，所述处理工具（16）的工作区域（38.1、38.2、38.3）在所述装置（10）的行驶方向（32）上是并排的并且/或者相互交错的。

10.用于破坏杂草的方法，具有以下步骤：

-提供（100）处理工具（16）；

-获取杂草位置、尤其是借助于分类单元（22），所述分类单元具有地图形式的杂草位置数据并且/或者借助于摄像机单元（22）和/或激光单元（22）识别杂草；

-获取在所述处理工具（16）和杂草之间的相对位置、尤其是借助本地化单元（24），所述本地化单元具有摄像机单元（24）；

-根据所获取的相对位置、尤其是借助操作机单元（20）定位所述处理工具（16）；

-借助所述处理工具（16）、尤其是借助冲头（16）通过以脉冲形式对杂草进行压力加载来破坏杂草。