DE102006016231A1 - Movable work machine for forestry application, has sensor or sensor system provided for detecting further movements e.g. acceleration and velocity, of machine and controlling machine in kinematic operating phases - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft mobile Arbeitsmaschinen und Verfahren zur Steuerung der Bewegung solcher Maschinen. Die in Rede stehenden Arbeitsmaschinen können bevorzugt im forstwirtschaftlichen Einsatz betrieben werden. Dabei kann eine solche Arbeitsmaschine auch ohne sichtbare Fahrlinien auf vorgegebenen Vektoren, ggf. ohne manuelle Einflussnahme und selbständig bzw. mit reduziertem Gefahrenpotential bewegt werden. Der Einsatz kann dabei in weitgehend unzugänglichen Gebieten ohne eine ausgebaute Verkehrsinfrastruktur erfolgen.The The invention relates to mobile work machines and methods of control the movement of such machines. The machines in question can preferably be operated in forestry use. there can such a working machine without visible lines on given vectors, if necessary without manual influence and independent or be moved with reduced risk potential. The use can be in largely inaccessible Areas without a developed transport infrastructure.
Ähnliche Lösungen sind beispielsweise in der Agrartechnik in Nutzung und werden üblicherweise unter dem Begriff „Precision Farming" zusammengefasst. Hierbei werden Landmaschinen mittels satellitengestützter Navigationssysteme während ihres Einsatzes gesteuert.Similar solutions For example, they are in use in agricultural technology and usually become under the term "Precision Farming "summarized. Here are agricultural machines using satellite-based navigation systems while controlled their use.
Für industrielle Anwendungen ist es bekannt Fahrzeuge führerlos zu nutzen, wobei für Absolutpositionsinformationen geeignete Signalgeber fest installiert ausgenutzt werden. Dies können beispielsweise im Fahrweg eingebrachte Magnete sein. Zwischen solchen Signalgebern erfolgt die Steuerung der Bewegung solcher führerloser Fahrzeuge dann mit Hilfssystemen, wie z.B. Kreiselnavigationssystemen. Diese Lösungen können aber nur in einem begrenzten Einsatzgebiet benutzt werden, da ohne den Empfang von Absolutpositionsinformationen in ausreichend kurzen Abständen ein gefahrloser Betrieb nicht möglich ist.For industrial Applications It is known to use vehicles without driver, being for absolute position information suitable signaling devices are permanently installed. This can be, for example be in the guideway magnets. Between such signalers then the control of the movement of such leaderless vehicles takes place with Auxiliary systems, such as Gyro navigation systems. But these solutions can be used only in a limited field of application, because without the reception of absolute position information in sufficiently short intervals safe operation not possible is.
Satellitengestützte Navigationssysteme arbeiten mit ausreichend hoher Genauigkeit immer nur dann, wenn gleichzeitig die Positionssignale von mindestens vier Satelliten empfangen werden können.Satellite-based navigation systems work with sufficiently high accuracy only if simultaneously the position signals of at least four satellites can be received.
Dies ist aber häufig nicht gegeben, da die direkte Verbindung beispielsweise durch Abschattung oder Abschirmung ver- oder behindert wird. Dies ist z. B. bei einem Einsatz in Tunneln aber auch bei topografischen Bedingungen oder durch Einfluss von Vegetation der Fall. So ist der Empfang der von Satelliten ausgehenden Positionssignale hinter Bergkuppen, in Tälern aber auch im Wald häufig gestört.This but it is common not given, since the direct connection for example by shading or Shielding is obstructed or obstructed. This is z. B. in a use in tunnels but also in topographical conditions or by influence of vegetation the case. So is the reception of the outgoing from satellite Position signals behind mountain tops, in valleys but also in the forest often disturbed.
Analog trifft dieser Sachverhalt auch für die Nutzung von terristisch übertragenen Positionskoordinatensignalen über Mobilfunknetze zu.Analogous this fact also applies to the use of terrestrially transmitted Position coordinate signals via Mobile networks too.
So ist es beim Einsatz mobiler Fahrzeuge oder Arbeitsmaschinen in der Forsttechnik innerhalb eines Waldgebietes mit bekannten Mitteln nicht ohne weiteres möglich ein vorgegebenes Ziel zu erreichen oder einen vorgegebenen Weg, wie eine Arbeitsgasse einzuhalten.So is it when using mobile vehicles or work machines in the Forestry within a forest area by known means not readily possible to achieve a given goal or a predetermined path, like to keep a working lane.
Insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in der Bundesrepublik Deutschland 57% der gesamten Waldfläche privat bewirtschaftet werden und deren einzelne Flächen in der Regel kleiner als 20 ha sind, können diese nicht wirtschaftlich rentabel genutzt werden, obwohl auf diesen Flächen der größte Holzzuwachs zu verzeichnen ist. Häufig liegen diese Privatwaldflächen angrenzend an andere Privat- oder Staatswaldflächen und die Grenzführung verläuft nicht geradlinig sondern ist stark zerklüftet.Especially considering the fact that in the Federal Republic of Germany 57% of the total woodland be managed privately and their individual areas in usually less than 20 ha, they can not be economically viable although the largest increase in wood has been recorded on these areas is. Often lying these private forest areas adjacent to other private or state forest land and the border management does not run straight but strong rugged.
Auch durch eine solche Grenzführung ist eine eigentümerspezifische Zuordnung von geschlagenem Holz nicht ohne weiteres mit hoher Sicherheit gegeben.Also through such a borderline is a proprietary one Assignment of beaten wood is not given readily with high certainty.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Bewegung von mobilen Arbeitmaschinen in lokal nicht begrenzten Räumen gezielt steuern zu können, ohne dass temporär mittels elektromagnetischer Wellen übertragene Positionskoordinatensignale empfangen werden können.It is therefore an object of the invention, the movement of mobile machines in locally not limited spaces to be able to control specifically without being temporary position coordinate signals transmitted by electromagnetic waves can be received.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer mobilen Arbeitsmaschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Ein Verfahren zur Steuerung solcher mobilen Arbeitsmaschinen geht aus Anspruch 11 hervor.According to the invention this Task with a mobile work machine that has the characteristics of the claim 1, solved. A method for controlling such mobile work machines is concerned from claim 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.advantageous Embodiments and developments of the invention can with in the subordinate claims designated characteristics can be achieved.
An einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine ist mindestens ein Empfänger für Positionskoordinatensignale, die mittels elektromagnetischer Wellen übertragen werden vorhanden. Diese werden einer elektronischen Auswerte- und Steuereinheit zugeführt, um die jeweilige Position der Arbeitsmaschine präzise zu ermitteln. Dabei sollen Genauigkeiten angestrebt werden, die eine maximale Abweichung möglichst kleiner 1000 mm erreichen.At a mobile invention Work machine is at least one receiver for position coordinate signals, which are transmitted by means of electromagnetic waves are available. These are fed to an electronic evaluation and control unit to to precisely determine the respective position of the working machine. It should Accuracies should be sought which maximize possible deviation reach less than 1000 mm.
Eine solche Positionsbestimmung soll zumindest in statischen Betriebsphasen, also bei einem Stillstand der Arbeitsmaschine durchgeführt werden. Diese statischen Betriebsphasen erfordern dann einen sicheren Empfang von Positionskoordinatensignalen, so dass die jeweilige Ist-Position hochgenau bestimmt werden kann. Dabei sollte ein ausreichend großer Zeitraum zur Verfügung stehen.A Such position determination should, at least in static operating phases, So be carried out at a standstill of the machine. These Static operating phases then require secure reception of position coordinate signals, so that the respective actual position can be determined with high accuracy. It should have a sufficiently large period to disposal stand.
In kinematischen Betriebsphasen wird mit mindestens einem Sensor oder einem Sensorsystem aus dynamischen Signalen die Positionsänderung der Arbeitsmaschine ermittelt und dies für die weitere Steuerung mit der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit berücksichtigt.In kinematic operating phases is using at least one sensor or a sensor system of dynamic signals, the change in position of Working machine determined and this for further control with considered the electronic evaluation and control unit.
Positionskoordinatensignale können aber auch allein oder zusätzlich von einem terristischen System, beispielsweise einem Mobilfunknetz via GPRS empfangen und genutzt werden.Position coordinate signals can but also alone or in addition from a terrestrial system, for example a mobile network be received and used via GPRS.
Mit Sensor(en) oder Sensorsystem können dynamisch in Abhängigkeit der Positionsänderung der Arbeitsmaschine verschiedene Größen erfasst und berücksichtigt werden, so dass eine Positionsnachverfolgung und Positionsbestimmung auch in kinematischen Betriebsphasen möglich wird, in denen keine drahtlos übertragenen Positionskoordinaten aus den verschiedensten Gründen empfangen werden können, möglich ist.With Sensor (s) or sensor system can be dynamic dependent on the position change of Working machine captured different sizes and considered be, so that a position tracking and position determination Also possible in kinematic operating phases, in which no wirelessly transmitted Position coordinates can be received for a variety of reasons, is possible.
So können mit Sensor(en) oder einem Sensorsystem die Beschleunigung, Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung und die Ausrichtung einer Arbeitsmaschine erfasst werden, um die sich verändernde Position eine sich bewegenden Arbeitsmaschine zu bestimmen und für die weitere Steuerung oder Hilfe eines Nutzers zu berücksichtigen. Dabei können mehrere dieser Größen auch gleichzeitig oder in einer vorgegebenen Taktung bestimmt und berücksichtigt werden.So can with sensor (s) or a sensor system the acceleration, speed, the direction of movement and the orientation of a work machine be captured to the changing Position to determine a moving work machine and for the more Control or help of a user. There are several these sizes too determined and considered simultaneously or in a predetermined timing become.
So können Lenk- oder Bewegungswinkel der Arbeitsmaschine, Einschlagwinkel mindestens eines Rades und/oder die Drehzahl mindestens eines Rades der Arbeitsmaschine dynamisch detektiert werden. Für die Berücksichtigung der Fahrtrichtung bei einer Bewegung oder auch die jeweilige Ausrichtung der Arbeitsmaschine kann ein Kompasssystem vorhanden sein.So can Steering or movement angle of the working machine, turning angle at least one wheel and / or the speed of at least one wheel the work machine are detected dynamically. For the consideration the direction of travel during a movement or the respective orientation of the Working machine can be present a compass system.
So kann in kinematischen Betriebsphasen der jeweils zurückgelegte Fahrweg und die Fahrtrichtungen bestimmt und daraus die entsprechenden Positionskoordinaten der Arbeitsmaschine berechnet werden.So can be used in kinematic operating phases Track and the directions determined and from the corresponding Position coordinates of the working machine are calculated.
In mehr oder weniger großen Zeitabständen wird dann in einer statischen Betriebsphase der Arbeitsmaschine eine exakte Positionsbestimmung mit den extern empfangenen Positionskoordinatensignalen, bevorzugt mittels DGPS durchgeführt, wenn eine ausreichend große Anzahl dieser Positionskoordinatensignale aus mehreren Richtungen empfangen werden kann.In more or less large Time intervals will then in a static phase of operation of the working machine a exact position determination with the externally received position coordinate signals, preferably carried out by DGPS, if a big enough one Number of these position coordinate signals from multiple directions can be received.
So sollte eine kinematische Betriebsphase erst wieder eingeleitet werden, wenn die momentane Positionsbestimmung während einer statischen Betriebsphase mit einer Genauigkeit kleiner als 1000 mm erreicht worden ist und dies als Ausgangswert nachfolgend bei einer Bewegung der Arbeitsmaschine berücksichtigt werden kann.So should a kinematic operating phase only be initiated again, if the current position determination during a static phase of operation with an accuracy smaller than 1000 mm has been achieved and this as initial value following a movement of the working machine considered can be.
Zusätzlich können an einer Arbeitsmaschine auch weitere Sensoren vorhanden sein, mit denen Gegenstände in einem vorgegebenen Umkreis um die Arbeitsmaschine detektiert werden können. So können einzelne oder mehrere Bäume, Steine, Geländer oder auch Hügel erkannt und für die weitere Beeinflussung der Bewegung berücksichtigt werden. Die so ermittelten Positionskoordinaten von Gegenständen können in Form einer elektronischen Landkarte gespeichert und nachfolgend genutzt werden. Die so ermittelten Daten können auch für einen Abgleich mit anderen Arbeitsmaschinen genutzt werden.In addition, you can a working machine also other sensors to be present, with which objects detected in a predetermined radius around the work machine can be. So can single or multiple trees, Stones, railings or hills recognized and for the further influence of the movement are considered. The thus determined Position coordinates of objects can stored in the form of an electronic map and below be used. The data thus obtained can also be used for comparison with others Working machines are used.
Die Positionskoordinaten von Gegenständen können beispielsweise mit Hilfe von Radar- und/oder Ultraschallsensoren ermittelt werden. So sollten Gegenstände in einem Umkreis von mindestens 3000 mm detektiert werden können.The Position coordinates of objects may be, for example be determined with the help of radar and / or ultrasonic sensors. So should objects within a radius of at least 3000 mm can be detected.
So können für ein Gebiet lokale Gegebenheiten erfasst, gespeichert und später erneut wieder erkannt werden, so dass sie später auch für die Bestimmung der momentanen Ist-Position genutzt werden können.So can for a Area local conditions recorded, stored and later again be recognized again, so that they later also for the determination of the momentary Actual position can be used.
Die ermittelten jeweiligen Positionskoordinaten können ggf. unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Fahrweges der von der Arbeitsmaschine zurückgelegt werden soll für optische und/oder akustische Informationen für einen Fahrer einer Arbeitsmaschine genutzt werden. Es kann aber auch über entsprechende Steuersignale Einfluss auf die Bewegung der Arbeitsmaschine genommen werden. So kann eine Sperrung der Bewegung in eine Gefahren hervorrufende Richtung oder auch eine automatisierte Steuerung der Bewegung zumindest der Bewegungsrichtungen durchgeführt werden. Hierfür sollte eine aktive Lenkung, beispielsweise eine vektorbürtige Lenkung an der Arbeitsmaschine vorgesehen sein.The determined respective position coordinates can, if necessary, taking into account a predetermined path traveled by the working machine should be for optical and / or acoustic information for a driver of a work machine be used. It can also be via appropriate control signals Influence on the movement of the working machine. So can a blocking of the movement in a danger-causing direction or also an automated control of the movement of at least the Movement directions performed become. Therefor should be an active steering, such as a vector-controlled steering be provided on the machine.
An einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine können Zusatzelemente für die Bearbeitung und Handhabung von Schnittholz im forstwirtschaftlichen Bereich vorhanden sein. Damit können Bäume gefällt, zerschnitten und mit der Arbeitsmaschine bewegt oder auch abtransportiert werden.At a mobile invention Working machine can Additional elements for the processing and handling of lumber in forestry Area be present. With that you can Trees felled, cut up and be moved or also transported away with the working machine.
Vorteilhaft können diese Prozesse auch in Verbindung mit einer zusätzlichen Sende- und Empfangseinheit unterstützt werden, mit der Informationssignale von Identifikationselementen, z.B. so genannten „smart labels" erfasst und ausgewertet werden können. Mit den Identifikationselementen können bestimmte Bäume markiert werden, die dann einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden können. Außerdem ist so eine Zuordnung von Bäumen oder dem jeweiligen Schnittholz zu einem Eigentümer möglich.Advantageous can these processes also in conjunction with an additional transmitting and receiving unit supports be used, with the information signals of identification elements, e.g. so-called "smart labels " and can be evaluated. With the identification elements certain trees can be marked which will then be used for economic purposes can. Furthermore is such an assignment of trees or the respective lumber to an owner possible.
Mit der Erfindung ist eine Positionsvorgabe möglich, die unabhängig von menschlich kontextualem Steuern funktionieren kann. Eine Arbeitsmaschine kann so in einem beliebigen Einsatzgebiet aktiv navigiert und gesteuert werden. Definierte Zielkoordinaten können aufgefunden und vorgegebene Fahrtrouten sehr genau eingehalten werden. Es kann auch auf Veränderungen in einem Einsatzgebiet eingegangen und so Gefahren vermieden werden.With the invention is a position specification possible, which can function independently of human contextual taxes. A work machine can thus be actively navigated and controlled in any field of application. Defined target coordinates can be found and predefined routes can be maintained very precisely. It can also respond to changes in a field and thus avoiding hazards.
So können im forstwirtschaftlichen Einsatz negative Einflüsse auf das Öko-System durch Befahrung minimiert werden. Ein Arbeitsbereich einer Arbeitsmaschine kann optimal genutzt werden und parallele Wege (Arbeitsgassen) immer im idealen Abstand geführt werden. So wird eine minimale Befahrfläche benutzt.So can in forestry use negative influences on the eco-system be minimized by driving. A workspace of a work machine can be optimally used and parallel paths (working lanes) always at the ideal distance become. So a minimum traffic area is used.
Eine wirtschaftliche Nutzung auch kleinflächiger Waldflächen wird möglich. Dies ist auch bei Überschreitung von Eigentumsgrenzen von Privatwaldflächen und dabei eine Zuordnung von geerntetem Holz zum jeweiligen Eigentümer möglich.A economic use of even small-scale forest areas is possible. This is also at excess of property boundaries of private forest land and thereby an assignment from harvested wood to the respective owner possible.
Die Erfindung kann auch in Kombination mit elektronischen Forstgrundkarten, die in einer Speichereinheit, z.B. in der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit hinterlegt sind, eingesetzt werden.The Invention may also be used in combination with electronic forest base maps, stored in a storage unit, e.g. in the electronic evaluation and control unit are deposited.
Bei der Erfindung können Vorteile einer globalen Position, einer relativen Positionsnachverfolgung und ein selbst lernendes lokales Absolutkoordinatensystem ausgenutzt werden.at of the invention Advantages of a global position, a relative position tracking and exploiting a self-learning local absolute coordinate system become.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail by way of example.
Dabei zeigt:there shows:
Mit ihr können Bäume gefällt, gehandhabt und Schnittholz abtransportiert werden.With you can Trees like, handled and Lumber be removed.
Es
ist ein Empfänger
In
einem Gehäuse
sind Sensoren oder ein Sensorsystem
Bei Stillstand der Arbeitsmaschine wird die Position mittels empfangener Positionskoordinatensignalen sehr genau bestimmt. Liegen dann ausreichend genau Positionsdaten vor, was nach einigen Sekunden der Fall sein kann, kann der Einsatz der Arbeitsmaschine beginnen, ohne dass ein weiterer ständiger Empfang der externen Positionskoordinatensignale erforderlich ist. Dies kann durch eine Kontrolleinrichtung angezeigt werden.at Standstill of the working machine, the position is received by means of Position coordinate signals determined very accurately. Lying then enough exactly position data, which will be the case after a few seconds can, the use of the working machine can begin without a more permanent Reception of the external position coordinate signals is required. This can be indicated by a controller.
In kinematischen Betriebsphasen erfolgt eine Nachverfolgung der Positionsveränderungen mit Hilfe der von Sensoren oder Sensorsystem erfassten Daten, ohne dass ständig ein Empfang von extern übermittelten Positionskoordinatensignalen erforderlich ist. In solchen Zeiträumen wird die Ist-Position mit Hilfe der von Sensoren oder Sensorsystem erfassten Daten bestimmt und für die weitere Bewegung der Arbeitsmaschine berücksichtigt.In kinematic operating phases, a tracking of the position changes with Help the data collected by sensors or sensor system, without constantly a receipt of externally transmitted Position coordinate signals is required. In such periods will be the actual position with the help of sensors or sensor system Data determined and for considered the further movement of the working machine.
Die so ermittelte Ist-Position kann angezeigt werden. Einem Maschinenführer kann aber auch die weitere Fahrtroute angezeigt oder angesagt werden. Bei erkannten Abweichungen von Vorgaben oder der Erkennung von Gefahren oder Hindernissen kann eine Signaleinrichtung warnen oder eine Weiterbewegung der Arbeits maschine durch Abschaltung oder Sperrung verhindert werden.The The actual position determined in this way can be displayed. A machine operator can but also the further route can be displayed or announced. at identified deviations from specifications or the detection of dangers or obstacles may warn a signaling device or a move on the working machine can be prevented by switching off or blocking.
Es ist aber auch ein automatischer Betrieb für die Steuerung der Bewegung und ggf. auch der Arbeit einer Arbeitsmaschine mit der Erfindung möglich.It but is also an automatic operation for controlling the movement and possibly also the work of a work machine with the invention possible.
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