DE102010038661A1

DE102010038661A1 - Erntemaschine mit einem an einem Fluggerät befestigten Sensor

Info

Publication number: DE102010038661A1
Application number: DE102010038661A
Authority: DE
Inventors: Axel Meyer
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: US20120029732A1; US8909389B2; DE102010038661B4

Abstract

Ein Sensor (156, 158) zur Erfassung eines Pflanzenbestandes (60) vor einer Erntemaschine (10) und/oder eines Überladevorgangs von Erntegut von der Erntemaschine (10) auf ein Transportfahrzeug (12) ist an einem unbemannten Fluggerät (150) angebracht. Das Fluggerät (150) bewegt sich im Erntebetrieb in der Nähe der Erntemaschine (10) und kommuniziert drahtlos mit einer Steuereinrichtung (112), die im Erntebetrieb basierend auf Signalen des Sensors (156, 158) in Echtzeit einen Aktor (46, 48, 52) zur Beeinflussung eines Betriebsparameters der Erntemaschine (10) und/oder des Transportfahrzeugs (12) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombination aus einer Erntemaschine und wenigstens einem Sensor zur Erfassung eines Pflanzenbestandes vor der Erntemaschine und/oder eines Überladevorgangs von Erntegut von der Erntemaschine auf ein Transportfahrzeug, wobei eine Steuereinrichtung eingerichtet ist, im Erntebetrieb basierend auf Signalen des Sensors in Echtzeit einen Aktor zur Beeinflussung eines Betriebsparameters der Erntemaschine und/oder des Transportfahrzeugs anzusteuern.
Stand der Technik
Landwirtschaftliche Erntemaschinen werden in zunehmendem Maße mit Sensoren ausgestattet, deren Ausgangssignale eine automatische Ansteuerung von Aktoren ermöglichen, um dem Bediener die Arbeit zu erleichtern. Neben Betriebsparametern der Erntemaschine, wie Drehzahlen oder Antriebsmomenten von angetriebenen Erntegutförder- oder -bearbeitungselementen werden auch Eigenschaften des Ernteguts sensorisch erfasst, z. B. die Bestandsdichte oder der Reifegrad der Pflanzen oder die Lage der Erntegutkante, um die Vortriebsgeschwindigkeit, den Lenkwinkel und/oder andere Betriebsparameter der Erntemaschine selbsttätig anpassen zu können. Derartige, in der Regel mit Ultraschall oder elektromagnetischen Wellen arbeitende Sensoren werden üblicherweise an einem möglichst hohen Punkt der Erntemaschine angebracht, insbesondere am Dach der Kabine, um möglichst weit vorausschauend auf das Erntegut blicken und die Betriebsparameter rechtzeitig anpassen zu können, bevor das sensorisch untersuchte Erntegut die Erntemaschine erreicht ( DE 10 2004 039 462 A1 oder DE 101 30 665 A1 ).
Weiterhin ist es bei der Ernte von landwirtschaftlichen Gütern auf einem Feld gängige Praxis, dass eine Erntemaschine ein neben der Erntemaschine herfahrendes Transportfahrzeug mit geerntetem Gut belädt. Ein Ladebehälter des Transportfahrzeugs, bei dem es sich beispielsweise um einen Schlepper mit Anhänger oder einen Lastwagen handelt, wird während der Fahrt durch eine Austrageinrichtung der Erntemaschine mit dem geernteten Gut beladen, beispielsweise bei einem Feldhäcksler durch einen Auswurfkrümmer und bei einem Mähdrescher durch ein Abtankrohr. Die Austrageinrichtung ist in der Regel um eine vertikale Achse drehbar an der Erntemaschine befestigt und zwischen einer Ruhestellung, in der sie etwa parallel zur Längsachse der Erntemaschine orientiert ist, und einer Arbeitsposition, in der sie sich quer zur Fahrtrichtung der Erntemaschine erstreckt, verschwenkbar. Zusätzlich kann die Höhe des abgabeseitigen Endes der Austrageinrichtung variierbar sein, wie auch die Position einer Auswurfklappe, welche den Winkel definiert, unter dem das geerntete Gut abgegeben wird.
Bei in ihrer Abgabeposition nicht verstellbaren Austrageinrichtungen, wie sie normalerweise an Mähdreschern verwendet werden, hat der Fahrer des Transportfahrzeugs für die gleichmäßige und vollständige Befüllung des Ladebehälters zu sorgen, indem er nach und nach unterschiedliche Stellen des Ladebehälters unterhalb der Austrageinrichtung positioniert. Diese Aufgabe ist relativ anspruchsvoll und ermüdend, da Erntegutverluste durch auf das Feld fallendes Erntegut zu vermeiden sind. Es wurde daher eine automatische Lenkung des Transportfahrzeugs vorgeschlagen, die auf drahtlos übertragenen Positionsdaten beruht ( DE 102 24 939 A1 ). Hier wird aber nicht der Füllstand des Ladebehälters erfasst, sodass dennoch eine Beobachtung des Ladevorgangs durch den Fahrer der Erntemaschine erforderlich ist.
Bei verstellbaren Austrageinrichtungen, wie sie üblicherweise an Feldhäckslern verwendet werden, wird die Position der Austrageinrichtung im einfachsten Fall manuell durch den Fahrer der Erntemaschine gesteuert. Um den Nachteil zu vermeiden, dass die Steuerung der Position der Austrageinrichtung einen beträchtlichen Teil der Aufmerksamkeit des Fahrers in Anspruch nimmt, was zu einer ermüdenden Arbeit für den Fahrer der Erntemaschine führt, wurden automatische Steuerungen für die Position der Austrageinrichtung vorgeschlagen. Diese umfassen üblicherweise einen an der Austrageinrichtung angebrachten Sensor, der mit Ultraschallwellen oder optisch arbeitet ( DE 44 03 893 A1 , DE 44 26 059 A1 ).
Als nachteilig ist bei der bisherigen Anbringung der Sensoren zur Erfassung des Ernteguts auf dem Feld und/oder des Überladevorgangs an der Erntemaschine anzusehen, dass sie beim Erntebetrieb durch die Fahrbewegung über mehr oder weniger unebene Felder und durch angetriebene Elemente der Erntemaschine bedingten Vibrationen ausgesetzt sind, was die Erfassung hinreichend scharfer Bilder bzw. genauer Daten erschwert. Außerdem ist in vielen Fällen der Winkel, unter dem der Sensor auf den Pflanzenbestand oder den Überladevorgang blickt, sehr ungünstig, insbesondere wenn relativ weit nach vorn gesehen werden soll, um vorausschauend Daten zu ermitteln. Dies gilt auch Überladevorgänge auf Wagen mit hohen Wänden, denn der an der Austrageinrichtung angebrachte Sensor erfasst das im Ladebehälter abgelegte Erntegut erst unmittelbar vor einer vollständigen Befüllung des Ladebehälters ab einem recht hohen Füllstand.
In der Landtechnik wurde ein Einsatz von ferngesteuerten, unbemannten Fluggeräten, insbesondere Drehflügelluftfahrzeugen, bisher nur vorgeschlagen, um zwecks Bestimmung geeigneter Düngemittelgaben den Ertrag und Proteingehalt von Reispflanzen zu erfassen (ASABE Paper Nr. 080038), landwirtschaftliche Felder auf Schadkräuter zu untersuchen ( DE 20 2008 015 324 U1 ) oder Sprühmittel auszubringen ( JP 2004 322 836 A1 ).
Aufgabe der Erfindung
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Erntemaschine mit einem Sensor zur Beobachtung des Pflanzenbestandes vor der Erntemaschine und/oder des Überladevorgangs des Ernteguts von der Erntemaschine auf ein Transportfahrzeug auszustatten, der nicht den Vibrationen der Erntemaschine ausgesetzt ist und unter einem günstigeren Blickwinkel auf den Pflanzenbestand und/oder den Überladevorgang blickt.
Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Einer insbesondere selbstfahrenden, angebauten oder gezogenen Erntemaschine ist ein unbemanntes Fluggerät mit einem Sensor zugeordnet, der im Erntebetrieb den Pflanzenbestand vor der Erntemaschine und/oder einen Überladevorgang der geernteten Pflanzen von der Erntemaschine auf ein Transportfahrzeug beobachtet. Der Sensor erzeugt Signale, die im Erntebetrieb einer Steuereinrichtung zugeführt werden, die wiederum einen Aktor basierend auf den Signalen kontrolliert. Der Aktor beeinflusst wenigstens einen Betriebsparameter des Transportfahrzeugs (insbesondere dessen Lenkung und/oder Vortriebsgeschwindigkeit), um den Überladevorgang zu automatisieren und/oder der Erntemaschine, zwecks einer Automatisierung des Überladevorgangs und/oder zur Kontrolle eines anderen Betriebsparameters der Erntemaschine. Die Signale des Sensors werden durch die Steuereinrichtung in Echtzeit verarbeitet, worunter hier zu verstehen ist, dass es sich nicht um lange vor der Ernte aufgenommene Werte handelt, sondern um während des Erntevorgangs erzeugte Signale, die jedoch über einen gewissen Zeitraum zwischengespeichert werden können, um beispielsweise den zeitlichen Versatz zwischen der Aufnahme der Signale durch den Sensor und dem Erreichen des den Signalen zugehörigen Ortes durch die Erntemaschine auszugleichen. Die Übertragung der Signale vom Sensor auf die Steuereinrichtung erfolgt drahtlos, insbesondere über eine optische oder elektromagnetische Verbindung, wofür gebräuchliche Übertragungsprotokolle verwendet werden können, wie Bluetooth, ZigBee oder WLAN.
Durch die Anbringung des Sensors an dem unbemannten Fluggerät erzielt man einerseits eine günstigere Perspektive zur Beobachtung des Ernteguts vor der Erntemaschine bzw. des Überladevorgangs, andererseits ist der Sensor von den mechanischen Vibrationen der Erntemaschine entkoppelt.
Wie bereits beschrieben, kann die Steuerung einen Aktor ansteuern, um eine automatische Überladung des Ernteguts von der Erntemaschine auf ein Transportfahrzeug zu kontrollieren. Der Sensor beobachtet zu diesem Zweck den Überladevorgang und kann als Kamera oder abtastender Entfernungsmesser ausgeführt sein, der mit Ultraschall oder Licht (insbesondere Laser) arbeitet. Der Aktor kann die Position einer Überladeeinrichtung kontrollieren und sie beispielsweise um die Hochachse drehen und/oder die Höhe ihres Auswurfendes verstellen und/oder ihre Länge verändern und/oder ihren Abwurfwinkel verändern, indem er eine endseitige Auswurfklappe verstellt. Insbesondere bei Erntemaschinen ohne verstellbare Austrageinrichtung (wie üblicherweise bei Mähdreschern) kann ein Aktor zusätzlich oder alternativ die Lenkung und/oder Geschwindigkeitssteuerung des Transportfahrzeugs kontrollieren. Durch die Erfassung des Überladevorgangs aus einer relativ großen Höhe und demnach unter einem günstigen Blickwinkel kann nicht nur die Austrageinrichtung und/oder das Transportfahrzeug derart positioniert werden, dass möglichst wenig Erntegut auf das Feld fällt und verlorengeht, sondern es wird auch eine gleichmäßige Befüllung des Ladebehälters in einer sinnvollen zeitlichen Reihenfolge und mit einer gewünschten Füllhöhe ermöglicht (vgl. DE 10 2008 002 006 A1 , deren Offenbarung durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird). Auch kann der Wechsel des Transportfahrzeugs automatisiert werden, wie in der DE 10 2009 027 245 A1 beschrieben wird, deren Offenbarung durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird.
Weiterhin können der eine oder mehrere Aktor(en) zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine und/oder zur Steuerung der Drehzahl eines Antriebsmotors der Erntemaschine und/oder zur Lenkung der Erntemaschine und/oder zur Einstellung eines Betriebsparameters einer Gutförder- und/oder -bearbeitungseinrichtung der Erntemaschine dienen, basierend auf Signalen des Sensors, der das Erntegut vor der Erntemaschine erfasst. Die Signale des Sensors können durch die Steuereinrichtung direkt in Steuersignale für den Aktor umgewandelt werden oder indirekt darin einfließen, indem sie mit Signalen anderer, an Bord der Erntemaschine befindlicher Sensoren fusioniert werden. Bei der Steuerung von Erntemaschinen spielen vorausschauende Sensoren eine immer wichtigere Rolle, da sie es ermöglichen, durch automatische Anpassung der Einstellungen zu reagieren, bevor eine Arbeitsbedingung in einer Maschine auftritt. Mit dieser Regelstrategie können Über- und Unterlastungen vermieden werden. Ein Beispiel ist ein Laserscanner, welcher das Schwadvolumen vor einem eine Ballenpresse ziehenden Traktor oder vor einem Feldhäcksler erfassen kann, um die Fahrtgeschwindigkeit anzupassen. Es ist auch möglich, die Bestandsdichte vor einem Mähdrescher zu ermitteln und die Vorfahrtsgeschwindigkeit zu regeln und durch Ermittlung der Feuchte die Drescheinstellungen zu optimieren.
Die Signale des Sensors können von der Steuereinrichtung auch zur Planung eines Wegs der Erntemaschine herangezogen werden. Hierzu wird vorzugsweise das Feld anfangs in hinreichender Höhe (d. h. größerer Höhe als beim Erntevorgang) durch das Fluggerät überflogen und kartiert, um den Wegplan erstellen zu können. Dadurch können unbewegliche Hindernisse (wie größere Steine) oder bewegliche Hindernisse (z. B. Lebewesen) oder zur Ernte ungeeignete Bereiche eines Felds, wie verunkrautete Wasserlöcher umfahren oder die Erntemaschine zur Vermeidung einer Kollision angehalten werden. Das Fluggerät kann auch bei der Anfahrt zum Feld verwendet werden, um vorausschauend Hindernisse (z. B. Durchfahrten mit unzureichender Höhe oder Breite oder größere Fahrbahnschäden) zu erkennen und zu umfahren. Dabei kann der vorgesehene Anfahrtweg zunächst nur durch das Fluggerät abgeflogen und erkundet werden. Bei der Erstellung des Wegplans können auch durch den Sensor des Fluggeräts erfasste Erntegutparameter, wie Pflanzengröße, Reifegrad, Feuchtigkeit, Proteingehalt etc. berücksichtigt werden, um jeweils möglichst homogene (oder gut durchmischte) Erntegutqualitäten in den einzelnen Ladebehältern zu sammeln.
Die Auswertung der Sensorsignale in Steuersignale für den Aktor oder die Aktoren kann je nach Anwendungsfall durch eine im Fluggerät oder an Bord der Erntemaschine positionierte Steuereinrichtung geschehen. Es ist auch denkbar, eine Steuereinrichtung an Bord des Fluggeräts anzubringen, um die Signale der Sensoren vorzuverarbeiten und nur kleinere Datenmengen an eine Steuereinrichtung der Erntemaschine zu übersenden.
Der Sensor an Bord des Fluggeräts kann als Schwarz/Weiß- oder Farbkamera für sichtbares Licht ausgeführt sein, deren sensitiver Bereich bis ins nahe Infrarot ausgedehnt werden kann, um das Blattgrün von Pflanzen besser erkennen zu können. Der Sensor kann auch ein optisches Spektrometer sein, das vorzugsweise als abtastende Ausführungsform realisiert ist. Weiterhin kann das Fluggerät einen Entfernungsmesser umfassen, der mit akustischen oder optischen Wellen arbeitet und vorzugsweise ebenfalls als abtastende Ausführungsform ausgestaltet ist.
Das Fluggerät umfasst vorzugsweise eine seine Flugbahn selbsttätig kontrollierende Flugsteuerung. Dazu können insbesondere Signale eines satellitenbasierenden Positionsbestimmungssystems und/oder eines Trägheitsnavigationssystems und/oder Signale eines Sensors, insbesondere einer Kamera, verwendet werden, die beispielsweise die Feldgrenzen oder Konturen der Erntemaschine auf dem Feld erkennt. Die Flughöhe kann mittels eines mit dem Boden zusammenwirkenden Entfernungsmessers kontrolliert werden. Die Vorgaben der Flugsteuerung, d. h. die Sollwerte für ihre Position und Orientierung, stammen vorzugsweise von der Steuereinheit.
Das Fluggerät kann mit einer als Relaisstation dienenden Sende- und Empfangsrichtung ausgestattet werden, die eine zeitverzögerte (d. h. die zu übertragenden Daten werden zunächst zwischengespeichert und erst dann abgesandt, wenn das Fluggerät in die Reichweite einer stationären Sende- und Empfangseinheit kommt) oder synchrone Kommunikation zwischen einer Sende- und Empfangseinrichtung der Erntemaschine und/oder des Transportfahrzeugs und einer beabstandeten Station ermöglicht. Hier wird wieder die günstige, relativ hohe Lage des Fluggeräts ausgenutzt, um die Reichweite der Kommunikation zu vergrößern oder die Sendeleistung zu vermindern.
Schließlich kann das Fluggerät als Flugzeug mit starren Tragflächen oder als Drehflügelluftfahrzeug ausgeführt sein, beispielsweise als Helikopter oder Gyrokopter oder Quadrocopter.
Ausführungsbeispiel
In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
1 eine seitliche Ansicht einer selbstfahrenden Erntemaschine, eines Transportfahrzeugs und eines Fluggeräts,
2 eine schematische Draufsicht auf die Erntemaschine, das Fluggerät und das Transportfahrzeug, die gemeinsam auf einem Feld einen Ernte- und Überladevorgang durchführen, und
3 eine schematische Darstellung der Steuer- und Kontrolleinrichtungen der beiden Fahrzeuge und des Fluggeräts sowie der damit zusammenwirkenden Elemente.
In der 1 sind eine Erntemaschine 10 in der Art eines selbstfahrenden Feldhäckslers und ein Transportfahrzeug 12 in der Art eines selbstfahrenden Traktors dargestellt, der mittels einer Deichsel 14 einen Anhänger 16 zieht, der einen Ladebehälter 18 umfasst. Weiterhin ist ein unbemanntes Fluggerät 150 vorgesehen. Die Erntemaschine 10 könnte auch eine beliebige andere selbstfahrende Erntemaschine sein, wie ein Mähdrescher oder Rübenernter.
Die Erntemaschine 10 baut sich auf einem Rahmen 20 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 22 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 24 getragen wird. Die Bedienung der Erntemaschine 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 26 aus, von der aus ein Erntevorsatz 28 in Form eines Maismähvorsatzes einsehbar ist, der an einem Einzugskanal 30 an der Frontseite des Feldhäckslers 10 befestigt ist. Mittels des Erntevorsatzes 28 von einem Feld 34 aufgenommenes Erntegut wird über einen im Einzugskanal 30 angeordneten Einzugsförderer mit Vorpresswalzen einer Häckseltrommel 36 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einem Gebläse 38 aufgibt. Zwischen der Häckseltrommel 36 und dem Gebläse 38 erstreckt sich eine Nachzerkleinerungsvorrichtung 42 mit zwei Körnerprozessorwalzen. Der Antrieb der erwähnten, antreibbaren Aggregate der Erntemaschine 10 und des Erntevorsatzes 28 erfolgt mittels eines Verbrennungsmotors 44. Das vom Gebläse 38 abgegebene Gut verlässt die Erntemaschine 10 zu dem nebenher fahrenden Ladebehälter 18 über eine mittels eines ersten, fremdkraftbetätigten Aktors 46 um eine etwa vertikale Achse drehbaren und mittels eines zweiten, fremdkraftbetätigten Aktors 48 in der Neigung verstellbare Austrageinrichtung 40 in Form eines Auswurfkrümmers, deren Abwurfrichtung durch eine Klappe 50 veränderbar ist, deren Neigung mittels eines dritten, fremdkraftbetätigten Aktors 52 verstellbar ist.
Das Transportfahrzeug 12 und der Anhänger 16 sind konventionellen Aufbaus. Das Transportfahrzeug 12 umfasst vordere lenkbare Räder 64 und rückwärtige angetriebene Räder 66, die an einem Rahmen 68 abgestützt sind, der eine Fahrerkabine 70 trägt.
In der 2 sind die Erntemaschine 10 und das Transportfahrzeug 12 in einer Draufsicht wiedergegeben. Es ist erkennbar, dass die Erntemaschine 10 entlang einer Erntegutkante 54 fährt, die eine Grenze zwischen dem abgeernteten Bereich 56 des Felds 34 und dem noch stehenden, mit Maispflanzen 58 besetzten Bestand 60 des Felds 34 darstellt, und die die Pflanzen 58 aberntet. Das Transportfahrzeug 12 fährt auf dem abgeernteten Teil 56 des Felds parallel zur Erntemaschine 10 entlang eines Weges, auf dem die von der Erntemaschine 10 gehäckselten Pflanzen durch die Austrageinrichtung 40 in den Ladebehälter 18 gelangen. Das Transportfahrzeug 12 muss daher stets parallel neben der Erntemaschine 10 herfahren; insbesondere beim Einfahren in das Feld kann das Transportfahrzeug 12 aber auch hinter der Erntemaschine 10 herfahren, da noch kein abgeernteter Teil 56 des Feldes 34 vorliegt, auf dem das Transportfahrzeug 12 fahren könnte, ohne die dort stehenden Pflanzen zu beschädigen.
Die Erntemaschine 10 ist mit einer ersten Positionsbestimmungseinrichtung 72 ausgestattet, die sich auf dem Dach der Kabine 26 befindet. Dort ist auch eine erste Radioantenne 74 positioniert. Das Transportfahrzeug 12 ist mit einer zweiten Positionsbestimmungseinrichtung 76 ausgestattet, die sich auf dem Dach der Kabine 70 befindet. Dort ist auch eine zweite Radioantenne 78 positioniert.
Das Fluggerät 150 umfasst eine tragende Struktur 152 in Form eines Rahmengestells, an der insgesamt vier um die Hochachse drehend antreibbare Luftschrauben 154 angebracht sind, es ist somit als so genannter Quadrocopter ausgeführt. Es sind auch beliebige andere Anzahlen von Luftschrauben 154 möglich. An ihrer Unterseite trägt die Struktur 152 zwei Sensoren 156, 158 und eine Elektronikeinheit 160, die eine Flugsteuerung 162, eine Datenverarbeitungseinheit 164 und eine mit einer Antenne 168 verbundene Sende- und Empfangseinheit 166 umfasst (vgl. 3). Die Flugsteuerung 162 ist mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 170 verbunden.
Der erste Sensor 156 ist hier als Kamera ausgeführt, die auf das Feld vor der Erntemaschine 10 blickt. Der zweite Sensor 158 ist eine Kamera, die von oben in den Ladebehälter 18 und auf das Ende der Austrageinrichtung 40 blickt. Die Datenverarbeitungseinheit 164 verarbeitet die Bildsignale der Sensoren 156, 158 und übersendet über die Sende- und Empfangseinheit 166 die verarbeiteten Daten an eine Steuereinrichtung 112 der Erntemaschine 10. Diese Daten umfassen einerseits Informationen über die Bestandsdichte auf dem Feld 34 vor der Erntemaschine 10 und die Lage der Erntegutkante 54, die mittels des Sensors 156 erzeugt werden, und andererseits Informationen hinsichtlich der Koordinaten des Rands des Ladebehälters 18, der Füllhöhen des Ladebehälters 18 über seine Länge und Breite, und des Auftreffpunkts des Ernteguts im Ladebehälter 18, die aus den Signalen des Sensors 158 abgeleitet werden. Es wäre auch denkbar, die Verarbeitung der Signale der Sensoren 156, 158 an Bord der Erntemaschine 10 durch die Steuereinrichtung 112 durchführen zu lassen und über die Sende- und Empfangseinheit 166 unverarbeitete Bilddaten zu übersenden. Die Sende- und Empfangseinheit 166 kann auch Daten vom Fluggerät 150 oder der Erntemaschine 10 oder dem Transportfahrzeug 12 an eine beabstandete Station 172 übertragen, von der aus der Erntevorgang überwacht werden kann.
Die Flugsteuerung 162 dient dazu, das Fluggerät 150 durch geeignete Ansteuerung der Luftschrauben 154 in eine gewünschte Position und Orientierung zu verbringen, wobei die Signale der Positionsbestimmungseinrichtung 170 zur Bestimmung der aktuellen Position des Fluggeräts 150 und somit als Istwerte dienen. Entsprechende Steuerdaten für die Sollwerte der Position und Orientierung des Fluggeräts 150 werden von der Steuereinrichtung 112 der Erntemaschine 10 über die Sende- und Empfangseinheit 166 empfangen.
An Bord der Erntemaschine 10 befindet sich die erste, mit der Positionsbestimmungseinrichtung 170 des Fluggeräts 150 gleichartige Positionsbestimmungseinrichtung 76, die eine Antenne 80 und eine mit der Antenne 80 verbundene Auswertungsschaltung 82 umfasst. Die Antenne 80 empfängt Signale von Satelliten eines Positionsbestimmungssystems, wie GPS, Galileo oder Glonass, die der Auswertungsschaltung 82 zugeführt werden. Anhand der Signale der Satelliten bestimmt die Auswertungsschaltung 82 die aktuelle Position der Antenne 80. Die Auswertungsschaltung 82 ist weiterhin mit einer Korrekturdatenempfangsantenne 84 verbunden, die von Referenzstationen an bekannten Standorten ausgestrahlte Radiowellen empfängt. Anhand der Radiowellen werden von der Auswertungsschaltung 82 Korrekturdaten zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmungseinrichtung 72 erzeugt.
Die Auswertungsschaltung 82 übersendet durch eine Busleitung 86 ihre Positionsdaten an eine Steuereinheit 112. Die Steuereinheit 112 ist über eine Schnittstelle 90 mit einer Empfangs- und Sendeeinrichtung 92 verbunden, die wiederum mit der Radioantenne 74 verbunden ist. Die Empfangs- und Sendeeinrichtung 92 empfängt und erzeugt Radiowellen, die von der Antenne 74 aufgenommen bzw. abgestrahlt werden.
Analog befindet sich an Bord des Transportfahrzeugs 12 die zweite Positionsbestimmungseinrichtung 76, die eine Antenne 94 und eine mit der Antenne 94 verbundene Auswertungsschaltung 96 umfasst. Die Antenne 94 empfängt Signale von Satelliten desselben Positionsbestimmungssystems wie die Antenne 80, die der Auswertungsschaltung 96 zugeführt werden. Anhand der Signale der Satelliten bestimmt die Auswertungsschaltung 96 die aktuelle Position der Antenne 94. Die Auswertungsschaltung 96 ist weiterhin mit einer Korrekturdatenempfangsantenne 98 verbunden, die von Referenzstationen an bekannten Standorten ausgestrahlte Radiowellen empfängt. Anhand der Radiowellen werden von der Auswertungsschaltung 96 Korrekturdaten zur Verbesserung der Genauigkeit der Positionsbestimmungseinrichtung 76 erzeugt.
Die Auswertungsschaltung 96 übersendet durch eine Busleitung 100 ihre Positionsdaten an eine Kontrolleinrichtung 102. Die Kontrolleinrichtung 102 ist über eine Schnittstelle 104 mit einer Empfangs- und Sendeeinrichtung 106 verbunden, die wiederum mit der Radioantenne 78 verbunden ist. Die Empfangs- und Sendeeinrichtung 106 empfängt und erzeugt Radiowellen, die von der Antenne 78 aufgenommen bzw. abgestrahlt werden. Durch die Empfangs- und Sendeeinrichtungen 90, 106 und die Radioantennen 74, 78 können Daten von der Steuereinrichtung 112 an die Kontrolleinrichtung 102 und umgekehrt übermittelt werden. Die Verbindung zwischen den Radioantennen 74, 78, 168 kann direkt sein, z. B. in einem zugelassenen Funkbereich wie CB-Funk o. ä., oder über eine oder mehrere Relaisstationen bereitgestellt werden, beispielsweise wenn die Empfangs- und Sendeeinrichtungen 90, 106, 166 und die Radioantennen 74, 78, 168 nach dem GSM-Standard oder einem anderen geeigneten Standard für Mobiltelefone arbeiten.
Die Kontrolleinrichtung 102 ist mit einer Lenkeinrichtung 108 verbunden, welche den Lenkwinkel der vorderen, lenkbaren Räder 64 steuert. Außerdem übersendet die Kontrolleinrichtung 102 Geschwindigkeitssignale an eine Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung 110, die über eine Variation der Motordrehzahl des Transportfahrzeugs 12 und/oder der Getriebeübersetzung die Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs 12 kontrolliert. Außerdem ist die Kontrolleinrichtung 102 mit einem permanenten Speicher 120 verbunden.
An Bord der Erntemaschine 10 ist die Steuereinrichtung 112 mit einer Lenkeinrichtung 114 verbunden, welche den Lenkwinkel der rückwärtigen, lenkbaren Räder 24 steuert. Außerdem übersendet die Steuereinrichtung 112 Geschwindigkeitssignale an eine Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung 116, die über eine Variation der Getriebeübersetzung die Geschwindigkeit der Erntemaschine 10 kontrolliert. Die Steuereinrichtung 112 ist weiterhin mit einem Durchsatzsensor 118, der den Abstand zwischen den Vorpresswalzen im Einzugskanal erfasst, mit einem Sensor zur Erfassung der Position von an einer Teilerspitze des Erntevorsatzes 28 angebrachten Tastbügeln 62, einem permanenten Speicher 122 und mit den Aktoren 46, 48 und 50 verbunden.
Während des Erntevorgangs übersendet die Steuereinrichtung 112 über die Schnittstelle 90, die Empfangs- und Sendeeinrichtung 92 und die Sende- und Empfangseinheit 166 Daten hinsichtlich der aktuellen Position der Erntemaschine 10 an die Flugsteuerung 170. Letztere kontrolliert das Fluggerät 150 derart, dass es sich stets in einer konstanten Höhe von einigen Metern oberhalb der Erntemaschine 10 aufhält, in Vorwärtsrichtung etwas vor dem Auswurfende der Austrageinrichtung 40 und in seitlicher Richtung zwischen der Erntemaschine 10 und dem Transportfahrzeug 12.
Die Geschwindigkeit der Erntemaschine 10 wird durch die Steuereinrichtung 112 basierend auf den Signalen des Durchsatzsensors 118 und den Signalen des Sensors 156 kontrolliert, die über die Datenverarbeitungseinheit 164, die Sende- und Empfangseinrichtung 166, die Empfangs- und Sendeeinrichtung 92 und die Schnittstelle 90 an die Steuereinrichtung 112 gegeben werden. Die Steuereinrichtung 112 berücksichtigt den zeitlichen Versatz zwischen dem Erfassen der Pflanzen 58 durch die jeweiligen Sensoren 118, 156 und ihrem Einlauf in die Erntemaschine 10 und verschmilzt die Signale der Sensoren 118 und 156, um ein geeignetes Vorgabesignal an die Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung 116 zu geben.
Die Lenkung der Erntemaschine 10 erfolgt basierend auf den Signalen des Sensors 156, die eine Information über die Lage der Erntegutkante 54 enthalten. Sie werden unter Berücksichtigung der unterschiedlichen erfassten Positionen der Erntegutkante 54 in Vorwärtsrichtung mit Signalen des erwähnten Sensors zur Erfassung der Position von an der Teilerspitze des Erntevorsatzes 28 angebrachten Tastbügeln 62 verschmolzen und dienen zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung 114.
Außerdem legen der Steuereinrichtung 112 die durch die Datenverarbeitungseinheit 164 vorverarbeiteten Signale des Sensors 158 vor. Anhand dieser Signale erzeugt die Steuereinrichtung 112 Lenk- und Geschwindigkeitssignale für das Transportfahrzeug 12, die über die die Schnittstelle 90, die Empfangs- und Sendeeinrichtung 92, die Empfangs- und Sendeeinrichtung 106 und die Schnittstelle 104 an die Kontrolleinrichtung 102 gegeben werden, um den Ladebehälter 18 in die jeweils optimale Position zu verbringen. Hierbei können die Signale der Positionsbestimmungseinrichtung 76 mitberücksichtigt werden. Außerdem steuert die Steuereinrichtung 112 die Aktoren 46, 48, 52 an, um die Austrageinrichtung 40 in die jeweils optimale Position zu verbringen.
Die Anbringung der Sensoren 156, 158 am unbemannten Fluggerät 150 entkoppelt die Sensoren 156, 158 von den Vibrationen, denen sie an Bord der Erntemaschine 10 ausgesetzt wären. Außerdem ist ihre Perspektive auf das Feld und den Überladevorgang günstiger als bei einer Anbringung an der Erntemaschine 10. Die Sensoren 156, 158 können auch anderer Art als beschrieben sein, beispielsweise als Laser-Entfernungsmesser oder als Spektrometer, vorzugsweise jeweils in abtastender Ausführungsform. Ihre Ausgangssignale können auch zur selbsttätigen Kontrolle anderer Betriebsparameter der Erntemaschine 10 als vorstehend beschrieben dienen, wie beispielsweise zur Einstellung der Häcksellänge basierend auf sensorisch erfassten Parametern (z. B. Reifegrad) der Pflanzen. Das Fluggerät 150 kann auch vor Beginn des Erntevorgangs ein Feld in größerer Höhe als in der 1 dargestellt überfliegen, um eine Karte zu erzeugen, anhand der die Steuereinheit 112 einen abzufahrenden Wegplan erstellt. Dabei können ungeeignete, z. B. verunkrautete oder vertrocknete Bereiche eines Felds und andere Hindernisse umfahren werden. Auch kann der Wegplan derart erstellt werden, dass in den einzelnen Ladebehältern 18 nur jeweils homogene (oder gut durchmischte) Erntegutqualitäten abgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004039462 A1 [0002]
DE 10130665 A1 [0002]
DE 10224939 A1 [0004]
DE 4403893 A1 [0005]
DE 4426059 A1 [0005]
DE 202008015324 U1 [0007]
JP 2004322836 A1 [0007]
DE 102008002006 A1 [0012]
DE 102009027245 A1 [0012]

Claims

Kombination aus einer Erntemaschine (10) und wenigstens einem Sensor (156, 158) zur Erfassung eines Pflanzenbestandes (60) vor der Erntemaschine (10) und/oder eines Überladevorgangs von Erntegut von der Erntemaschine (10) auf ein Transportfahrzeug (12), wobei eine Steuereinrichtung (112) eingerichtet ist, im Erntebetrieb basierend auf Signalen des Sensors (156, 158) in Echtzeit einen Aktor (46, 48, 52) zur Beeinflussung eines Betriebsparameters der Erntemaschine (10) und/oder des Transportfahrzeugs (12) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (156, 158) an einem unbemannten Fluggerät (150) befestigt ist, das eingerichtet ist, sich im Erntebetrieb in der Nähe der Erntemaschine (10) zu bewegen und drahtlos mit der Steuereinrichtung (112) zu kommunizieren.
Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (46, 48, 52) zur Verstellung der Position einer Überladeeinrichtung (40) der Erntemaschine (10) oder zur Kontrolle der Position eines Transportfahrzeugs (12) gegenüber der Erntemaschine (10) oder zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine (10) oder zur Steuerung der Drehzahl eines Antriebsmotors (44) der Erntemaschine (10) oder zur Lenkung der Erntemaschine (10) oder zur Einstellung eines Betriebsparameters einer Gutförder- und/oder -bearbeitungseinrichtung der Erntemaschine (10) dient.
Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (112) betreibbar ist, den Weg der Erntemaschine (10) über ein Feld basierend auf den Signalen des Sensors (156) zu planen.
Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (112) betreibbar ist, den Weg der Erntemaschine (10) derart zu planen, dass bewegliche und/oder unbewegliche Hindernisse und/oder zur Ernte ungeeignete Bereiche eines Felds bei der Ernte und bei der Anfahrt zum Feld umfahren werden.
Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (112) sich an Bord der Erntemaschine (10) oder an Bord des Fluggeräts (150) oder zum Teil jeweils an Bord der Erntemaschine (10) und an Bord des Fluggeräts (150) befindet.
Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (156, 158) eine Kamera und/oder ein optisches Spektrometer und/oder einen mit optischen oder akustischen Wellen arbeitenden, vorzugsweise abtastenden Entfernungsmesser umfasst.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (150) mit einer Flugsteuerung (162) ausgestattet ist, die betreibbar ist, insbesondere basierend auf Vorgaben der Steuereinrichtung (112) selbstständig die Flugbahn des Fluggeräts (150) zu kontrollieren.
Kombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugsteuerung (162) betreibbar ist, die Flugbahn basierend auf Signalen eines satellitenbasierenden Positionsbestimmungssystems (170) und/oder eines Trägheitsnavigationssystems und/oder Signalen eines Sensors, insbesondere einer Kamera und/oder eines Entfernungsmessers zu steuern.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (150) mit einer als Relaisstation dienenden Sende- und Empfangsrichtung (166) ausgestattet ist, die eine insbesondere zeitverzögerte oder synchrone Kommunikation zwischen einer Sende- und Empfangseinrichtung (92, 106) der Erntemaschine (10) und/oder des Transportfahrzeugs und einer beabstandeten Station ermöglicht.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (150) ein Drehflügelluftfahrzeug ist, beispielsweise ein Helikopter, Gyrokopter oder Quadrokopter.