CN111683517A - 自主农业系统和用于运行农业系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主农业系统（1），所述自主农业系统具有：至少一个部分或完全自主工作的移动式作业机器（2）；用于预先给定所述作业机器（2）的所容许的工作区域（5）的边界（4）的设备；用于确定所述作业机器（2）的相对或绝对位置的装置；和被分配给所述作业机器（2）并且能操控的紧急关机装置（23），用于根据所述作业机器的位置来将所述作业机器（2）停用，其特征在于紧急关机系统（10），所述紧急关机系统具有：无线电站（11），所述无线电站具有可调整的无线电作用距离，其中所述无线电站（11）放置/能放置在所述工作区域（5）中心；和布置在所述作业机器（2）上的无线电模块（12），所述无线电模块与所述无线电站（11）进行通信，其中所述无线电模块（12）与所述紧急关机装置（23）连接并且如果在所述无线电模块（12）与所述无线电站（11）之间的通信中断则对所述紧急关机装置（23）进行操控。

Description

自主农业系统和用于运行农业系统的方法

技术领域

本发明涉及一种农业系统，该农业系统具有：至少一个部分或完全自主工作的移动式作业机器；用于预先给定该作业机器的所容许的工作区域的边界的设备；用于确定该作业机器的相对和/或绝对位置的装置；和被分配给该作业机器并且能操控的紧急关机装置，用于根据该作业机器的位置来将该作业机器停用。

本发明还涉及一种用于运行农业系统的方法，该农业系统具有至少一个部分或完全自主工作的移动式作业机器，其中通过预先给定边界来限定对于该作业机器来说所容许的工作区域，其中监控该作业机器的相对和/或绝对位置并且根据该作业机器的位置来将该作业机器停用。

背景技术

开头提到的类型的农业系统和方法从现有技术中公知。在农业经济中自主工作的移动式作业机器需要一种用于遵守预先给定的耕地边界的解决方案，在该耕地边界之内，这些作业机器从事针对这些作业机器规定的活动。这些耕地边界如今尤其是通过卫星辅助的导航系统来监控并且通过对这些作业机器的相对应的操控来被遵守。

这样，例如公开文献WO 2016/087535 A1公开了一种农业系统，其中通过卫星辅助的导航系统来监控作业机器的位置。如果该作业机器离开所容许的工作区域或者与该作业机器的通信不再可能，则进行紧急关机并且将该作业机器停用。

从公开文献US 8635011 B2公知另一种自主工作系统，其中如果作业机器离开所规定的工作区域，则发出报警信号。

发明内容

按照本发明的具有权利要求1的特征的农业系统具有如下优点：与作业机器的真实定位和对作业机器的操控无关地，在离开所容许的工作区域时进行紧急关机。为此，按照本发明存在附加的紧急关机系统，该紧急关机系统具有：无线电站，该无线电站具有可调整的无线电作用距离，其中该无线电站放置/能放置在工作区域中心；和布置在作业机器上的无线电模块，该无线电模块与该无线电站进行通信，其中该无线电模块与紧急关机装置连接并且如果在该无线电模块与该无线电站之间的通信中断则对该紧急关机装置进行操控。因此，在无线电模块与无线电站之间的通信连接独立于该农业系统的其它通信连接存在并且仅仅用于在需要时将作业机器停用的目的。由于无线电站具有可调整的无线电作用距离，通过该无线电作用距离可预先给定作业机器距无线电站的距离。在最简单的情况下，无线电站圆形地辐射通信信号，使得通过该无线电作用距离可调整如下半径或直径，作业机器可在该半径或直径之内移动，而在该半径或直径之外该作业机器被停用。按照另一实施方式，无线电站被构造为：朝不同的方向发出不同的无线电信号，这些无线电信号可以被无线电模块接收到，使得作业机器除了距无线电站的距离信息之外也得到关于该作业机器处在工作区域的哪个区段内的信息。在这种情况下，紧急关机系统尤其构造为使得无线电站视工作区段而定来调整或可调整不同的无线电作用距离，以便例如使作业机器的工作区域与非圆形的复杂的耕地边界适配。按照一个替选的实施方式，无线电站被分配给作业机器而无线电模块被分配给工作区域。

按照本发明的一个优选的实施方式，根据边界距无线电站的距离来调整或可调整无线电作用距离。经此保证了；作业机器可以在所容许的区域之内正常工作。

还优选地规定：无线电站被构造为根据边界来自动地调整无线电作用距离。这例如可以通过如下方式来实现：无线电站与用于预先给定边界或所容许的工作区域的设备进行通信，并且必要时尤其是借助于卫星辅助的导航系统或定位系统来查明该无线电站在所容许的工作区域内的位置，以便接着规定无线电作用距离。适宜地，无线电作用距离至少与无线电站距边界的距离一样大、优选地稍大于无线电站距边界的距离，以便避免对作业机器的不符合期望的停用。

按照本发明的一个优选的扩展方案规定：该装置具有至少一个卫星辅助的导航系统、移动无线电系统、基于无线电的定位系统、光学定位系统和/或测距系统。通过之前提到的系统，能执行对作业机器的位置、尤其是在工作区域之内的位置的简单的定位或查明。通过所提到的系统的组合，还能实现：由一个系统查明的位置能通过另一系统来予以合理性检查。经此，确保了对作业机器的特别精确且可靠的定位并且借此确保了对作业机器的特别准确的操控。

还优选地规定：该设备具有自然边界、尤其是河流、沟渠、丘陵、植被等等。自然边界能通过简单的装置、诸如光学周围环境传感装置、如摄像机系统和/或通过非接触式工作的测距系统、尤其是激光雷达系统、雷达系统等等来检测。在此，自然边界不一定自然创造，更确切地说该自然边界也可以由人类来创造，例如通过挖沟渠或者堆起丘陵以及种植树木等等来创造。

还优选地规定：该设备具有沿着边界敷设/可敷设的电线和/或至少一个磁场条，该磁场条沿着边界敷设/可敷设。经此，可以以简单且成本低廉的方式和方法进行对边界和工作区域的电或电磁规定。适宜地，作业机器配备有相对应的传感装置，该传感装置检测由电线和/或磁场条产生的磁场并且将该磁场识别为所容许的工作区域的边界。如果作业机器仍然应该会运动得超出边界，则最迟随着失去在无线电站与无线电模块之间的无线电连接而进行对作业机器的紧急关机。

还优选地规定：该装置具有在作业机器上的两个彼此独立地工作的定位系统；而且控制设备将由这些定位系统所确定的位置彼此进行比较，用于进行合理性检查。经此保证了：作业机器处在针对该作业机器所规定的位置上和/或处在针对该作业机器所规定的工作路径上。如果在对所确定的位置的比较中查明这些位置不一致或不够一致，则优选地进行对作业机器的停用。这与现有的紧急关机系统无关地进行。

优选地，两个所提到的定位系统构造为卫星辅助的导航系统，其中例如这两个导航系统与不同的卫星合作，以便查明作业机器的功能。

还优选地规定：移动无线电系统被构造为与不同的移动无线电运营商的移动无线电小区合作，以便确定作业机器的位置。由此，能脱离卫星辅助的导航系统地执行对作业机器的定位。通过考虑不同的移动无线电运营商的移动无线电小区，该定位的精度被提高。替选地，借助于移动无线电系统进行的定位也可以通过利用仅仅一个移动无线电运营商的移动无线电小区进行的简单的三角测量来实现。

按照本发明的具有权利要求10的特征的方法的特点在于：无线电站被放置在工作区域中心并且无线电站的无线电作用距离被调整；而且作业机器借助于无线电模块来与无线电站进行通信，并且如果在无线电模块与无线电站之间的通信中断，则将作业机器停用。经此，得出已经提到的优点。

其它优点和优选的特征和特征组合尤其是从之前所描述的内容以及从权利要求书得到。

附图说明

在下文，本发明应该依据附图进一步予以阐述。对此：

图1以简化透视图示出了有利的农业系统；

图2示出了用于运行农业系统的有利的方法；以及

图3以简化图示出了农业系统的变型方案。

具体实施方式

图1以透视性俯视图示出了农业系统1，该农业系统具有部分或完全自主运行的移动式作业机器2。作业机器2处在耕地3上并且被构造为：对耕地3进行耕作，例如通过种植种子、收获果实、除草和/或其它活动来对耕地3进行耕作。为此，作业机器2具有其所携带的相对应的作业装置。作业机器2构造为能加速、能制动并且能转向，其中作业机器2的全部运动优选地自主地进行，尤其是根据预先给定的活动和预先给定的包围耕地3的边界4来自主地进行。耕地边界4是环形的、不一定是圆环形的，如在图1中所示出的那样，而且形成所容许的工作区域5的边界，作业机器2应该在该所容许的工作区域之内实施该作业机器的活动。

边界4通过至少一个设备来预先给定，该至少一个设备可以不一样地来实施。一方面，边界4可以是虚拟边界，该虚拟边界通过卫星辅助的导航系统6来预先给定和监控。另一方面，边界4可以通过嵌入土地中的电线7来规定，该电线当其被通电时产生磁场，该磁场能由作业机器2的传感装置8来检测。该设备也可以是磁条或者自然边界、诸如沟渠，该沟渠是在耕地3的边缘处被挖出的或者在那里已经天然存在。在这种情况下，传感装置8于是构造为：尤其是以光学方式和/或借助于非接触式工作的距离传感器来识别沟渠9并且将该沟渠理解为工作区域5的边界4。

导航系统6还用作用于检测作业机器2在耕地3上或在工作区域5内的位置的装置。借助于当前的位置并且在知道预先给定的边界4的情况下能对作业机器2进行操控，使得该作业机器不离开规定的工作区域5。为了避免在有错误情况时作业机器2驶出边界4并且仍然离开工作区域5，有利地存在紧急关机系统10。

紧急关机系统10具有无线电站11，该无线电站布置在工作区域5中心或中间。紧急关机系统10还具有无线电模块12，该无线电模块布置在作业机器2上并且与该作业机器一起被携带。只要在无线电模块12与无线电站11之间存在无线电联系或者进行无线电通信，就容许作业机器2运行。如果通信中断，则将运行中断，其方式是对作业机器2的紧急关机装置23进行操控并且借此将作业机器2停用。无线电站11的无线电作用距离能调整并且优选地根据工作场地5的大小或边界4的走向而被预先给定为使得在区域5之内确保在作业机器2与无线电站11之间的通信。

经此得出：如果作业机器2应该会离开工作场地5，例如通过与导航系统6的通信而被中断并且对作业机器2的定位不可靠或错误地进行，则一旦作业机器2处在工作区域5之外或处在工作区域5之外足够远，就将该作业机器2停用。经此，一方面提高了农业系统1的运行安全性而另一方面也提供了防盗安全性。

在当前实施例中，无线电站11布置在耕地3上的工作区域5内并且无线电模块12布置在作业机器2上，而该布局当然也可以反过来。

优选地，无线电站11被构造为：自动地根据工作区域5的大小自动地调整所容许的无线电作用距离。为此，无线电站11例如嵌入到农业系统1的操作系统中，通过该操作系统来对作业机器2进行操控，并且该操作系统知道边界4。可选地，无线电站11还配备有导航模块或定位模块，该导航模块或定位模块与卫星系统6协作，以便确定无线电站11在工作区域5或耕地3内的位置并且基于此来规定距边界4的距离并且借此规定所允许的无线电作用距离。

除了用于确定作业机器2以及必要时还有无线电站11的位置的导航系统6之外或者替选于用于确定作业机器2以及必要时还有无线电站11的位置的导航系统6，农业系统1有利地具有定位系统13，该定位系统允许借助于移动无线电对作业机器2的定位。为此，作业机器2优选地具有移动无线电接收器14，该移动无线电接收器被构造为与尤其是不同的移动无线电供应商的移动无线电小区15协作，以便通过三角测量来确定作业机器2的位置。

附加地或替选地，多个无线电发射器16分布在边界4上，这些无线电发射器通过三角测量来对在工作区域5内的作业机器2进行定位。适宜地，存在至少三个无线电发射器16。作业机器2具有相对应的接收模块，以便确定无线电发射器的信号并且据此通过三角测量来确定该接收模块在耕地3上的位置。无线电发射器16例如可以是移动无线电发射器或WLAN发射器等等。

替代沟渠9，也可以使用其它地形特征、诸如颜色标记、建筑物、丘陵等等作为或用作用于确定边界4的光学特征。也可设想的是：通过分析作业机器2的所需的驱动滑转功率来确定该作业机器是否处在边界区域内，该边界区域例如通过斜度（正或负）来表征。建筑物或其它突出的地形特征、诸如电力塔17也可以用于对作业机器2的光学定向和定位。

附加地或替选地，也可以将固定安装的光学系统、例如摄像机单元18分配给工作区域5，以便通过对工作区域5的光学观测来确定处在其中的作业机器2的位置。

通过不同的定位途径，确保了作业机器2在工作区域5之内的可靠的运行。此外，原则上也阻止了作业机器2不符合期望地离开工作区域5。如果由于在定位时有错误而作业机器2仍然应该会离开工作区域5，则一旦该作业机器处在紧急关机系统1的无线电信号的作用距离之外，紧急关机系统1就导致作业机器2的停用。

通过紧急关机装置至少将作业机器2的驱动装置停用，使得阻止作业机器2的继续运动。可选地，也将作业机器2的作业装置停用并且优选地将最终已知的位置传送给农业系统1的用户，使得即使作业机器2已经离开了工作区域5，该用户也可以简单地找到该作业机器。

图2以流程图来总结用于运行农业系统1的有利的方法：

在第一步骤S1中，使农业系统1投入运行。在步骤S2中，限定工作区域5，作业机器2应该在其之内完成该作业机器的工作。在此，工作区域5尤其是通过之前提到的定位系统和/或装置来监控和规定。

在下一步骤S3中，根据所规定的边界4来调整无线电站11的无线电作用距离，使得作业机器2在工作区域5之内可靠地完全该作业机器的工作，然而在离开工作区域5时被紧急关机。

在下一步骤S4中记录作业运行，并且在步骤S5中持续地检查作业机器2的位置，其中在此尤其是检查对无线电站11的无线电信号的检测。只要无线电信号11被检测到（j），该方法就在步骤S4中继续进行，直至对工作区域5或在工作区域5之内的耕地3的耕作完成。

然而，如果因为作业机器2移动到所调整的无线电作用距离之外（n）所以无线电联系被中断，则在下一步骤S6中将该作业机器、至少该作业机器的驱动装置停用。

图3以简化图示出了作业机器2的传感装置8的一个有利的构造方案。为此，传感装置8具有多个传感单元19，这些传感单元分别单独地构造为检测作业机器2的位置。为此，每个传感单元具有：传感元件20、诸如天线；接收模块21，用于分析由天线所接收到的信号；以及计算单元22、尤其是微处理器或移动计算机，该微处理器或移动计算机对这些信号进行分析，以便确定作业机器2的位置。为此，传感单元19例如接收第一定位系统、诸如卫星辅助的导航系统6的信号，而第二传感单元19接收卫星辅助的导航系统6的第二信号，但是区别在于：不同的卫星信号被分析。在此，其中一个传感单元19的所接收到的数据在卫星信号方面不同就已经足够。尤其是，一个传感单元19通过导航系统6来接收卫星信号而另一个传感单元19从GLONASS、即其它卫星辅助的导航系统接收GNSS信号。

然而，由接收模块21所接收到的信号不仅被提供给分别所属的计算单元22，而且被提供给传感装置8的至少一个其它的计算单元，使得该至少一个其它的计算单元基于这些数据同样确定作业机器2的位置。通过对这样确定的位置的比较，能对定位进行合理性检查并且能提高农业系统1的运行安全性。如果所确定的位置例如彼此偏差得太远、尤其是超出可预先给定的极限值，则优选地为了安全性而将作业机器2停用。

有利的农业系统1例如可以被用于作为在土地耕作方面、关于植被保护、尤其是种菜、园艺和农艺的作业机器的耕地机器人。

Claims (10)

1.一种自主农业系统（1），所述自主农业系统具有：至少一个部分或完全自主工作的移动式作业机器（2）；用于预先给定所述作业机器（2）的所容许的工作区域（5）的边界（4）的设备；用于确定所述作业机器（2）的相对或绝对位置的装置；和被分配给所述作业机器（2）并且能操控的紧急关机装置（23），用于根据所述作业机器的位置来将所述作业机器（2）停用，其特征在于紧急关机系统（10），所述紧急关机系统具有：无线电站（11），所述无线电站具有可调整的无线电作用距离，其中所述无线电站（11）放置/能放置在所述工作区域（5）中心；和布置在所述作业机器（2）上的无线电模块（12），所述无线电模块与所述无线电站（11）进行通信，其中所述无线电模块（12）与所述紧急关机装置（23）连接并且如果在所述无线电模块（12）与所述无线电站（11）之间的通信中断则对所述紧急关机装置（23）进行操控。

2.根据权利要求1所述的农业系统，其特征在于，所述无线电作用距离根据或能根据所述边界（4）距所述无线电站（11）的距离来调整。

3.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，所述无线电站（11）被构造为：根据所述边界（4）自动地调整所述无线电作用距离。

4.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，所述装置具有至少一个卫星辅助的导航系统（6）、移动无线电系统（13）、基于无线电的定位系统、光学定位系统和/或测距系统。

5.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，所述设备具有自然边界、尤其是河流、沟渠（9）、丘陵等等。

6.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，所述设备具有沿着所述边界（4）敷设/可敷设的电线（7）和/或磁场条。

7.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，所述装置具有在所述作业机器（2）上的两个彼此独立地工作的定位系统；而且控制设备将由所述定位系统所确定的位置彼此进行比较，用于进行合理性检查。

8.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，两个定位系统都是卫星辅助的导航系统（6）。

9.根据上述权利要求中任一项所述的农业系统，其特征在于，所述移动无线电系统（13）被构造为：与不同的移动无线电运营商的移动无线电小区（15）合作，以便确定所述作业机器（2）的位置。

10.一种用于运行农业系统（1）的方法，所述农业系统具有至少一个部分或完全自主工作的移动式作业机器（2），其中向所述作业机器（2）预先给定所容许的工作区域（5）的边界，而且监控所述作业机器（2）的相对和/或绝对位置并且根据所述位置来将所述作业机器停用，其特征在于，无线电站（11）被放置在所述工作区域（5）中心并且所述无线电站（11）的无线电作用距离被调整，其中所述作业机器（2）借助于无线电模块（12）来与所述无线电站（11）进行通信，而且其中如果在所述无线电模块（12）与所述无线电站（11）之间的通信中断，则将所述作业机器（2）停用。

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