DE102011051827A1

DE102011051827A1 - Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einer Einrichtung zur Erfassung von deren Fahrzeugzuständen

Info

Publication number: DE102011051827A1
Application number: DE201110051827
Authority: DE
Inventors: Carsten Fuhrmann; Norbert Diekhans; Andreas Krauss; Thomas Tilly; Sebastian Wagemann
Original assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Current assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-17

Abstract

Eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100) ist mit einer Einrichtung zur Erfassung von deren Fahrzuständen und/oder zur Erstellung von Bodenaufnahmen versehen. Die Arbeitsmaschine (100) weist eine optische Kamera (101) zur Erstellung von Bodenaufnahmen auf, die senkrecht zum Boden (113) an der Arbeitsmaschine (100) angeordnet ist. Weiterhin ist die Einrichtung zu einer Spezifizierung einer Eigenschaft eines Bodens (113) auf Basis der Bilder der Kamera (101) ausgeführt. Eine Geschwindigkeitsmessung mittels einer Analyse von Bildern der senkrecht orientierten Kamera (101) ermöglicht eine genauere Messung des Schlupfes der Antriebsräder und eine mögliche Korrektur des Reifendrucks. Weiterhin kann durch die senkrecht orientierte Kamera (101) eine Erkennung zwischen Straßenfahrt und Feldfahrt mittels Erkennung des Untergrundes durch die optische Kamera (101) bereitgestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einer Einrichtung zur Erfassung von deren Fahrzuständen, welche eine über eine Blickrichtung verfügende optische Kamera zur Erstellung von optischen Bodenaufnahmen aufweist, wobei die Arbeitsmaschine auf Grund der von der Kamera ermittelten Parameter und/oder Eigenschaften eines von der Arbeitsmaschine überfahrenen Bodens gesteuert bzw. überwacht wird.
Derartige landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen können als Zugmaschinen, wie z.B. Ackerschlepper, Trac-Fahrzeuge, landwirtschaftliche Geräteträger usw. oder als selbstfahrende Erntemaschinen zur Getreide-, Mais-, Grünfutter- oder Rübenernte ausgebildet sein. Neben den Zugmaschinen, die für Transportarbeiten häufig die Straße befahren, müssen auch die Erntemaschinen derart ausgebildet sein, dass sie längere Strecken auf der Straße zurücklegen können, insbesondere dann, wenn sie vom Hof auf eines der Felder, zwischen verschiedenen zu bearbeitenden Feldern oder in eine Werkstatt überführt werden. Während ihres Einsatzes auf dem Feld werden bei niedriger Fahrgeschwindigkeit beispielsweise ein Dreschwerk, ein Häckselwerk, eine Einrichtung zum Rübenroden usw. angetrieben.
Aus der US 4,316,173 ist bekannt, ein Fahrzeug mit einem Dopplerradarsystem zu versehen, welches die Geschwindigkeit des Fahrzeuges misst. Dabei können vorzugsweise niedrige Frequenzen von Dopplerfrequenzkomponenten verwendet werden. Ein dort angegebenes Dopplerradarsystem funktioniert jedoch nur bei schräg nach vorn oder hinten gerichteten Sensoren, vorzugsweise unter einem Winkel von 45 Grad. Hierdurch kann das Ergebnis schnell verfälscht werden, beispielsweise durch Änderung der Neigung des Fahrzeuges beim Einfedern von deren Achse. Auch sind die dabei ausgewerteten Signale echoabhängig.
Weiterhin ist aus der EP 2 135 498 A1 ein Verfahren zur Navigation eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges bekannt, welches auf einer dreidimensionalen (3D-) Lageschätzung des Fahrzeuges basiert. Eine solche dreidimensionale Aufzeichnungstechnologie ist nur für eine schräg nach vorn gerichtete Messung geeignet. Wegen einer erforderlichen Abstandskorrektur ist die Genauigkeit meist auf plus minus 4 % der aktuellen Geschwindigkeit geschätzt. Mittels der 3D-Lageschätzung werden die Position sowie die räumliche Ausrichtung des zu vermessenden Objekts bestimmt.
Aus der EP 2 272 312 A1 ist bekannt, ein landwirtschaftliches Gerät mit ultraschallbasierten Abtastsensoren zu versehen und diese zeitversetzt zu aktivieren. Durch das Vorsehen einer Vielzahl solcher Ultraschallabtastsensoren soll eine vollständige, signalschattenfreie Abtastung eines Erntegutschwades durch die Auswertung mehrerer Schallsignale der Abtastsensoren erfolgen.
Weiterhin ist im Stand der Technik eine auf ein Global Positioning System (GPS) basierte Technik der Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen bekannt. Jedoch liefert GPS nur zeitverzögert nach aufeinanderfolgenden Positionen einen Messwert, der meist nur zur Korrektur eines Radars benutzt werden kann.
Im Übrigen muss bei landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, insbesondere bei Erntemaschinen, grundsätzlich zwischen den Fahrzuständen „Straßenfahrt“ und „Feldfahrt“ unterschieden werden. Heutzutage kann nur durch den Fahrer der Maschine zweifelsfrei entschieden werden, welcher Fahrzustand an der Antriebseinheit der Arbeitsmaschine einzustellen ist. Um die Maschine in den entsprechenden Fahrzustand zu versetzen, wird ein Straßen-/Feldfahrschalter verwendet. Dieser Straßen-/Feldfahrschalter kann aber auch aus Unachtsamkeit oder mit Absicht nicht verwendet werden. Hieraus kann, insbesondere bei Fahrten auf der Straße, ein Fahrzustand resultieren, in der die Antriebseinheit der Maschine irrtümlich in ihren Modus Feldfahrt eingestellt ist. Dies kann zum einen zu gefährlichen Situationen beim Befahren einer Straße führen; zum anderen resultieren daraus in der Regel erhebliche Umweltbelastungen und eine Zunahme des Kraftstoffverbrauchs. Schließlich tritt dadurch auf Dauer auch ein erhöhter Verschleiß im Antriebsstrang der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ein.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Erstellung von Bodenaufnahmen an einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine zu schaffen, die eine verbesserte Geschwindigkeitsmessung ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Erstellung von Bodenaufnahmen für eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine bereitzustellen, welche ein absichtliches oder unabsichtliches Ändern des auf die entsprechenden Gegebenheiten abgestimmten Fahrzustandes der Arbeitsmaschine verhindert.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß Anspruch 1 weist die Einrichtung zur Erfassung von Fahrzuständen der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine eine optische Kamera auf, über die Bodenaufnahmen erstellt werden. Dabei ist die Einrichtung zur Spezifizierung einer Eigenschaft eines befahrenen Bodens auf Basis von Bildern der Kamera ausgeführt. Weiterhin ist die optische Kamera derart an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordnet, dass die Blickrichtung der Kamera im Arbeits- und Fahrzustand der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine senkrecht auf den Boden gerichtet ist. Dabei kann in diesem und in jedem anderen Ausführungsbeispiel die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine als Erntemaschine ausgeführt sein.
Der Begriff „Eigenschaft eines Bodens“ im Kontext der vorliegenden Erfindung kann in diesem Zusammenhang folgendermaßen verstanden werden: Einerseits kann die Relativgeschwindigkeit, mit welcher sich der Boden an der optischen Kamera vorbeibewegt als Eigenschaft des Bodens verstanden werden. Dabei entspricht die Relativgeschwindigkeit der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine. Andererseits kann darunter auch eine Eigenschaft des Bodens verstanden werden, die seine stoffliche Zusammensetzung oder seinen Bewuchs betrifft; also, beispielsweise, ob es sich um lehmigen, schotterhaltigen oder asphalthaltigen Boden handelt beziehungsweise, ob der Boden einen Bewuchs mit Gras, Getreidestoppeln usw. aufweist.
Durch die Verwendung einer optischen Kamera ist es möglich, dass die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine keinen eigenen Sender zur Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellen benötigt. Die optische Kamera nimmt das vom Boden oder Untergrund reflektierte Licht der Umgebung auf und detektiert es mittels beispielsweise eines Charge Coupled Device (CCD) Sensors. Aber auch andere optische Kameras können im Kontext der Erfindung zum Einsatz kommen.
Dabei kann die optische Kamera selbst eine Recheneinheit oder ein Bildverarbeitungssystem enthalten und kann daher, falls gewünscht, eigenständig die nachfolgend beschriebene Geschwindigkeitsmessung durchführen oder auch, falls gewünscht, ein Bildverarbeitungssystem zur Erkennung eines Untergrunds aufweisen. Ein solches Bildverarbeitungssystem ist in der Lage zu entscheiden, ob die Situation einer Straßenfahrt oder einer Feldfahrt vorliegt, und zwar basierend auf den von der Kamera aufgenommenen elektromagnetischen Strahlen, die am Untergrund der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine reflektiert werden. Dabei ist der Untergrund der Boden, auf dem sich die Arbeitsmaschine im Fahr- beziehungsweise Arbeitszustand befindet.
Die senkrechte Blickrichtung der Kamera bezüglich des Untergrunds ermöglicht es, eine, im Vergleich zum Stand der Technik, fehlerunanfälligere Geschwindigkeitsmessung durchzuführen. Eine Geschwindigkeitsmessung, die mit einer derart senkrecht zum Boden montierten Kamera der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine durchgeführt wird, ist fehlerunanfällig gegenüber dem Einfedern einer Achse oder einer anderweitig verursachten Neigung der Arbeitsmaschine.
Um die anspruchsgemäße senkrechte Ausrichtung der optischen Kamera weiter zu spezifizieren, kann folgende Beschreibung dienlich sein. Die Räder der Vorderachse der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine und die Räder der Hinterachse der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine definieren eine Ebene. Auf dieser Ebene steht die Blickrichtung beziehungsweise Ausrichtung der Kamera senkrecht. Mit anderen Worten definieren die Räder der Arbeitsmaschine eine Auflage beziehungsweise Kontaktfläche mit dem Boden. Diese Fläche bildet den Bezugspunkt, um die senkrechte Anordnung der Blickrichtung der optischen Kamera an der Arbeitsmaschine zu gewährleisten.
Beispielsweise kann die Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors durch einen Odometer über den optischen Fluss der Bildelemente eines 2D-Kamerabildes erfolgen. Dies erlaubt es, die optische Kamera senkrecht zu stellen und die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Es kann bei einer senkrechten Blickrichtung der optischen Kamera eine sehr kostengünstige Kamera benutzt werden.
Für die Berechnung des optischen Flusses können beispielsweise preiswerte Signalprozessoren eingesetzt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine Recheneinrichtung auf. In diesem Fall ist die optische Kamera dazu ausgeführt, Daten über einen optischen Fluss vom Bildelement der Kamera zu generieren und diese der Recheneinrichtung zur Verfügung zu stellen.
Dabei kann eine solche Recheneinrichtung innerhalb oder außerhalb der optischen Kamera angeordnet und beispielsweise als Prozessor oder als Computersystem ausgeführt sein. Die Recheneinrichtung und die optische Kamera sind daher entweder über elektrische Leitungen oder drahtlos miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Spezifizierung der Relativgeschwindigkeit des Bodens gegenüber der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine auf Basis des optischen Flusses der Bildelemente der Kamera ausgeführt. Die optische Kamera und die Recheneinheit ermöglichen also eine Geschwindigkeitsmessung der Arbeitsmaschine auf Basis einer Analyse der Bildelemente der Kamera.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kamera eine zweidimensionale (2D) Kamera und die Kamera ist dazu ausgeführt, Daten über einen optischen Fluss von 2D-Bildelementen der Kamera zu generieren. Falls gewünscht, werden diese 2D-Bildelemente an eine separate Recheneinrichtung übermittelt. Auf Basis der 2D-Bildelemente beziehungsweise deren optischen Flusses ist die Recheneinrichtung oder auch die optische Kamera selbst in der Lage, eine Geschwindigkeitsmessung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine durchzuführen. Dabei weist auch dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil der Fehlerunanfälligkeit aufgrund der senkrechten Anbringung beziehungsweise Ausrichtung der Blickrichtung der Kamera gegenüber dem Boden auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung zum Bildervergleich zweier Bilder der optischen Kamera ausgeführt ist, wobei die Recheneinrichtung die jeweilige Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine basierend auf dem Bildervergleich ermittelt.
Dabei kann die Recheneinrichtung einen individuellen optischen Fluss einzelner Pixel oder auch einen gemeinsamen optischen Fluss mehrerer oder aller Pixel des Sensors der optischen Kamera bestimmen. Dies wird im Folgenden noch weiter beschrieben werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung zur Ermittlung einer Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine basierend auf den den optischen Fluss von Bildelementen der Kamera kennzeichnenden Daten ausgeführt. Mit anderen Worten kann die Ermittlung eines Geschwindigkeitsvektors der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine über den optischen Fluss der Bildelemente der Kamera durch die Recheneinheit bestimmt werden. Dabei kann die Recheneinheit dazu ausgeführt sein, entsprechende Pixel in zwei Bildern der Kamera hinsichtlich ihrer durch die Bewegung der Maschine verursachte Positionsänderung zu vergleichen. Daraus kann ein individueller optischer Fluss berechnet werden. Es kann aber auch, falls gewünscht, ein gemeinsamer optischer Fluß bestimmt werden, der als durchschnittlicher optischer von mehreren Pixeln in dem Kamerabild angesehen werden kann. In beiden Fällen kann daraus ein Veränderungsvektor durch die Recheneinheit bestimmt werden. Falls gewünscht, kann auch die optisch Kamera selbst die Fähigkeiten zur Bestimmung des Veränderungsvektors aufweisen. Beispielsweise kann dazu ein Programmelement oder eine vollständige Software in der Kamera vorgesehen sein.
Außerdem kann die Geschwindigkeit beispielsweise als einfacher Zahlenwert durch die Recheneinrichtung ausgegeben werden. Jedoch ist auch die Bestimmung eines Geschwindigkeitsvektors möglich. Falls gewünscht kann die dabei ermittelte momentane Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine verschiedenen anderen Einrichtungen der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine zur Verfügung gestellt werden. Basierend auf dieser ermittelten Geschwindigkeit können die Einstellungen der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine verändert und/oder angepasst werden, wie im Nachfolgenden genauer beschrieben werden wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine ein Odometer auf. Weiterhin ist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsvektors der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit dem Odometer über den optischen Fluss der Bildelemente der Kamera ausgeführt.
Die Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors mit einem Odometer über den optischen Fluss der Bildelemente eines 2D-Kamerabildes erlaubt es, die optische Kamera senkrecht zu stellen und die Nachteile des zuvor genannten Standes der Technik zu vermeiden. Dabei kann das Odometer beispielsweise zur Kalibrierung des Sensors der Kamera oder zur Kalibrierung der Recheneinheit verwendet werden. Es kann bei einer senkrechten Blickrichtung der Kamera eine sehr kostengünstige Kamera benutzt werden. Für die Berechnung des optischen Flusses können auch preiswerte Signalprozessoren eingesetzt werden. Aus der Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors können für einen Reifendruckregler der Arbeitsmaschine und beispielsweise für die Tiefenregelung bei der Bodenbearbeitung funktionelle und wirtschaftliche Vorteile entstehen. Der Reifendruck wird beispielsweise verändert, um das Traktionsverhalten und die Radaufstandsfläche der Bereifung der Arbeitsmaschine zu optimieren. Eine Regelung der Arbeitstiefe eines an die Arbeitsmaschine angebauten Bodenbearbeitungsgerätes wird dabei mittels eines Krafthebers vorgenommen. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeitsmessung beziehungsweise Ermittlung eines Geschwindigkeitsvektors derart zu verstehen, dass basierend auf den Daten über den optischen Fluss die Ermittlung erfolgt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine eine Reifendruckregeleinrichtung auf. Diese Reifendruckregeleinrichtung ist zu einer Adaption eines Reifendrucks der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, basierend auf der ermittelten Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, ausgeführt.
Dabei ist die verwendete ermittelte Geschwindigkeit diejenige Geschwindigkeit, die zuvor auf Basis der Bildelemente der Kamera durch die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine bestimmt wurde. Es wird daher mittels der ermittelten Geschwindigkeit ein Feedback Signal durch die Erfindung für die Regelung des Reifendrucks bereitgestellt. Die Reifendruckregeleinrichtung beziehungsweise der Reifendruckregler kann daher als Feedbacksignal die erfindungsgemäß ermittelte Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine von beispielsweise der optischen Kamera, der Recheneinrichtung, dem Odometer oder von dem Bildverarbeitungssystem empfangen. Dies kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine eine Tiefenregelungseinrichtung auf, die zur Adaption einer Tiefe des an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordneten Bodenbearbeitungsgerätes, basierend auf der ermittelten Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, ausgeführt ist.
Mit anderen Worten kann durch dieses Ausführungsbeispiel ein Feedbacksignal durch beispielsweise die optische Kamera, die Recheneinrichtung, das Odometer oder ein Bildverarbeitungssystem an die Tiefenregelungseinrichtung bereitgestellt werden. Daraufhin kann die Tiefe des an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine vorgesehenen Bodenbearbeitungsgerätes, wie z.B. eines Pfluges, eines Grubbers, einer Kreiselegge usw., angepasst beziehungsweise. geregelt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine einen Signalprozessor zur Berechnung des optischen Flusses der Bildelemente der Kamera auf.
Aufgrund der Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors über den optischen Fluss der Bildelemente eines 2D-Kamerabildes kann die optische Kamera senkrecht zum Boden an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine fixiert werden. Dies wiederum ermöglicht es eine kostengünstige Kamera zu benutzen. Auch können durch diese senkrechte Blickrichtung Signalprozessoren einfacher Art verwendet werden, was Kosten für den Benutzer sparen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kamera ein schmutzabweisendes äußeres Gehäuse zum Schutz der Kamera vor Schmutz auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Einrichtung eine Reinigungseinrichtung zur Säuberung der Kamera aufweisen.
Durch dieses Ausführungsbeispiel wird eine Nutzung der Kamera in der Landtechnik, in der diese einer großen Staub- und Schmutzbelastung ausgesetzt ist, ermöglicht. Aufgrund der Reinigungseinrichtung bleibt auch im Landtechnikeinsatz bei beispielsweise schlechtem Wetter eine verbesserte Geschwindigkeitsmessung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der senkrecht montierten Kamera möglich. Die Reinigungseinrichtung kann dabei eine mechanische oder pneumatische Funktion aufweisen, das heißt, es erfolgt eine Reinigung per Druckluft oder mittels eines mechanischen Wischerelements.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kamera ein Gehäuse mit einem Controller Area Network (CAN) Anschluss auf.
Der CAN-Bus, ein asynchrones serielles Bussystem, gehört zu den Feldbussen und kann verwendet werden, um die Kamera in ein Netzwerk zu integrieren. Dadurch kann die Länge des Kabelbaums der an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordneten Einrichtung vorteilhaft reduziert werden. Ebenso kann Gewicht eingespart werden. Falls gewünscht, kann auch ein anderer serieller Bus oder eine andere serielle Schnittstelle vorhanden sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist Einrichtung dazu ausgeführt, basierend auf erstellten Bodenaufnahmen, eine Messung eines Schlupfes durchzuführen.
Mit anderen Worten wird mittels der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsmessung eine Messung des Schlupfes der Antriebsräder durch die an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine vorgesehene Einrichtung durchgeführt. Dazu werden die Sollgeschwindigkeit und die Istgeschwindigkeit, also die wahre Geschwindigkeit über Grund benötigt, die in verbesserter Art und Weise mittels der hier angegebenen erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsmessung bestimmt wird, benötigt.
Das Messresultat zum momentanen Schlupf der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine kann dabei verwendet werden, um die Arbeitstiefe des angebauten Bodenbearbeitungsgerätes, das Drehmoment der Antriebseinheit, den Druck in den Reifen oder andere Parameter der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine anzupassen. Weiterhin sind die erstellten Bodenaufnahmen als Bildelemente der Kamera zu sehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine ein Bildverarbeitungssystem auf, das zur Erkennung eines von dieser überfahrenen Untergrundes ausgeführt ist.
Dies kann zum Beispiel anhand spezifischer Parameter, die jeweils eindeutig für ein Feld und eine Straße und in dem Bild der Kamera detektiert werden, erfolgen. Mit anderen Worten ist das Bildverarbeitungssystem in der Lage, die Bilder, welche von der optischen Kamera geliefert werden, zu interpretieren und entsprechende Rückschlüsse hinsichtlich der Situation, in der sich die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine befindet, zu ziehen. Insbesondere kann das Bildverarbeitungssystem mittels der Untergrunderkennung detektieren, ob sich die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine auf einem Straßeneinsatz oder in einem Feldeinsatz befindet. Diese Untergrunderkennung kann voll- oder teilautomatisiert durch die optische Kamera erfolgen, die das Bildverarbeitungssystem enthalten kann. Jedoch kann, falls gewünscht, das Bildverarbeitungssystem auch außerhalb der Kamera, beispielsweise in einem Computersystem oder in einem Prozessor gespeichert sein, und es können dort entsprechende Rechenschritte durchgeführt werden. Dazu kann beispielsweise ein Programmelement zur automatischen Untergrunderkennung in dem Bildverarbeitungssystem oder in einem externen Speichermedium gespeichert sein.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht es, dass ein falsches absichtliches oder unabsichtliches Ändern der Maschineneinstellungen von der Einstellung Straßenfahrt in die Einstellung Feldfahrt mittels des Straßenfahrschalters erfolgt. Mit anderen Worten wird damit ein Kontrollmechanismus eines Straßenfahrschalters an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine bereitgestellt. Falls eine Fehlstellung des Straßenfahrschalters durch die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine detektiert wird, kann dem Benutzer wahlweise ein Warnsignal in akustischer oder optischer Art und Weise gegeben werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Bildverarbeitungssystem dazu ausgeführt, basierend auf den Daten der Kamera und anhand spezifischer Parameter, die jeweils eindeutig für ein Feld oder eine Straße sind, festzustellen, ob sich die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine in einer Situation einer Straßenfahrt oder in einer Situation einer Feldfahrt befindet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Bildverarbeitungssystem dazu ausgeführt, basierend auf der festgestellten Situation und einem Vergleich einer momentanen Maschineneinstellung zu entscheiden, ob ein Wechsel einer Maschineneinstellung von Straßenfahrt in Feldfahrt oder umgekehrt veranlasst wird.
Falls gewünscht, kann die Veranlassung derart erfolgen, dass ein Signal des Bildverarbeitungssystem an den Benutzer ausgegeben wird. Jedoch ist auch eine automatische Umstellung der Maschineneinstellung in entsprechender Art und Weise möglich. Dabei erfolgt die Umstellung letztlich auf Basis der Analyse der Bilder, die von der optischen Kamera geliefert werden. Die Analyse der Bilder dient dem Bildverarbeitungssystem dazu festzulegen, in welcher Situation sich die Arbeitsmaschine befindet. Das Bildverarbeitungssystem oder auch eine Recheneinheit kann anschließend die festgestellte Situation mit der Einstellung am Straßenfahrschalter der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine vergleichen. Im Falle einer Übereinstimmung muss kein Wechsel in einen anderen Maschinenzustand veranlasst werden. Im Falle, dass keine Übereinstimmung vorliegt, kann das Bildverarbeitungssystem beziehungsweise eine Recheneinheit ein entsprechendes Signal ausgeben beziehungsweise. die Umschaltung veranlassen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine eine Schalteinheit einer Antriebseinheit auf, die basierend auf einem zugeführten Signal bezüglich der Entscheidung des Bildverarbeitungssystems dazu ausgeführt ist, die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine von der Maschineneinstellung Straßenfahrt in die Maschineneinstellung Feldfahrt oder umgekehrt zu schalten.
Die vorliegende Erfindung lässt sich grundsätzlich für verschiedene Arten von Erntemaschinen nutzen und ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 und der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus der Zeichnung ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand schematischer Darstellungen noch einmal näher erläutert. Hieraus ergeben sich auch weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung.
1 zeigt eine schematische, zweidimensionale Darstellung einer als selbstfahrender Mähdrescher ausgebildeten landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine schematische, zweidimensionale Darstellung einer als selbstfahrender Feldhäcksler ausgebildeten landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 100 mit einer Einrichtung zur Erstellung von Bodenaufnahmen. So weist die Einrichtung eine optische Kamera 101 auf, die hier beispielhaft am hinteren Ende der Arbeitsmaschine 100, seitlich dieser angebracht ist. Jedoch kann die Kamera 101 auch an verschiedenen anderen Positionen der Arbeitsmaschine 100 angeordnet sein. Eignen würde sich beispielsweise eine Anordnung seitlich eines Fahrerstandes der Arbeitsmaschine 100, da dort die geringste Staubbelastung auftritt. Eine bevorzugte Position der optischen Kamera 101 wäre nahe einer nichtgelenkten Achse. Bei einem Mähdrescher beispielsweise käme die Anordnung vor oder hinter der vorderen Triebachse in Betracht. Durch die Anordnung nahe einer nichtgelenkten Achse ließen sich Verfälschungen des Geschwindigkeitsvektors in Folge von seitlichen Schwenkbewegungen der Arbeitsmaschine 100 vermeiden. Die Kamera 101 weist eine Blickrichtung 102, also eine entsprechende Ausrichtung ihres Objektivs auf. Die Arbeitsmaschine 100 ist zu einer Spezifizierung einer Eigenschaft eines Bodens 113 auf Basis von Bildern der Kamera 101 ausgeführt. Weiterhin ist die optische Kamera 101 derart an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 100 angeordnet, dass die Blickrichtung 102 der Kamera in dem Arbeitszustand der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 100 senkrecht auf den Boden 113 gerichtet ist. Die senkrechte Ausrichtung der Blickrichtung 102 der Kamera 101 kann an dem Symbol 114 erkannt werden. Bei der hier gezeigten Arbeitsmaschine 100 kann die tatsächliche Geschwindigkeit über Grund, also gegenüber dem Boden 113, ermittelt werden. Die ermittelte Geschwindigkeit kann dabei zur Abstimmung mit bestimmten Einstellungen am Dreschwerk der dargestellten Arbeitsmaschine 100, bei der es sich um einen selbstfahrenden Mähdrescher handelt, herangezogen werden. Dazu ist eine Vorrichtung 108 zur Einstellung des Dreschwerks dargestellt. Die in 1 gezeigte landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 100 weist weiterhin eine Recheneinrichtung 103 auf, welche über Zuleitungen Daten 104 über einen optischen Fluss von Bildelementen der Kamera 101 zur Verfügung gestellt bekommt. Dabei handelt es sich um eine 2D-Kamera und 2D-Bildelemente. Die Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 100 und deren Fahrtrichtung sind durch den Pfeil 105 symbolisiert. Dabei kann, falls gewünscht, die Recheneinrichtung 103 zur Ermittlung der Geschwindigkeit 105, basierend auf den Daten 104, über den optischen Fluss von 2D-Bildelementen der 2D-Kamera ausgeführt sein. Aufgrund der senkrechten Blickrichtung der Kamera 101 kann eine kostengünstige 2D-Kamera benutzt werden. Zur Berechnung des optischen Flusses kann ein preiswerter Signalprozessor 109 verwendet werden. Weiterhin weist die Kamera 101 ein schmutzabweisendes äußeres Gehäuse 110 auf, welches die Kamera vor Schmutz im Landtechnikeinsatz schützt. So ist eine Reinigungseinrichtung 111 zur Säuberung der Kamera gezeigt, die, wie dargelegt, über Druckluft oder mechanisch betrieben werden kann. Um die Kamera 101 an ein Netzwerk anzuschließen, ist ein CAN-Anschluss 112 vorhanden. Weiterhin weist die Arbeitsmaschine ein Odometer 106 auf. Die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 100 kann dazu ausgeführt sein kann, die Recheneinrichtung 103 mittels des Odometers 106 für eine Geschwindigkeitsmessung, die mittels Daten über Bildelemente der Kamera 101 erfolgt, zu kalibrieren.
Mittels der hier gezeigten landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 100 kann der Geschwindigkeitsvektor der Arbeitsmaschine 100 auf verbesserte Weise bestimmt werden. Über den optischen Fluss der Bildelemente des 2D-Kamerabildes kann die senkrechte Ausrichtung der Kamera 101 verwendet werden und es werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Die Arbeitsmaschine 100 weist weiterhin eine Reifendruckregeleinrichtung 107 auf. Falls gewünscht kann dabei die Recheneinrichtung 103 den Schlupf der Antriebsräder mittels der ermittelten Geschwindigkeit bestimmen. Weiterhin kann das Messresultat zum momentanen Schlupf bei Ausführung der Arbeitsmaschine als Ackerschlepper verwendet werden, um die Geschwindigkeit, Einstellungen des Getriebes, die Übersetzung, den Druck in den Reifen oder andere Parameter der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine anzupassen und neu zu justieren. Weiterhin sind die erstellten Bodenaufnahmen als Bildelemente der Kamera 101 zu sehen.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 200, die als Feldhäcksler ausgeführt ist. Die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 200 weist eine optische Kamera 201 auf, welche derart an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordnet ist, dass die Blickrichtung 202 der Kamera in dem Arbeitszustand der Arbeitsmaschine senkrecht auf den Boden gerichtet ist. Diese senkrechte Ausrichtung ist durch das Symbol 206 dargestellt. Weiterhin weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 200 ein Bildverarbeitungssystem 203 auf, das zur Erkennung des Untergrundes 204 ausgeführt ist. Falls gewünscht, kann das Bildverarbeitungssystem 203 auch in der Kamera 201 integriert sein. Die Erkennung einer Situation Straßenfahrt bzw. Feldfahrt kann voll- oder teil-automatisiert durch die Kamera 201 beziehungsweise das Bildverarbeitungssystem 203 erfolgen. Anhand spezifischer Parameter, die jeweils eindeutig für Feld und Straße sind, sind das Bildverarbeitungssystem 203 oder die Kamera 201 in der Lage, die von der Kamera 201 gelieferten Daten aufzubereiten und zu interpretieren. Die Interpretation wird der Arbeitsmaschine 200, beispielsweise durch ein Signal auf den internen Kommunikationsbussen, zur Verfügung gestellt.
Weiterhin ist eine Schaltvorrichtung 205 gezeigt, die basierend auf dem zugeführten Signal bezüglich der Entscheidung des Bildverarbeitungssystems, welche der Situationen Feldfahrt oder Straßenfahrt vorliegt, derart ausgeführt ist, dass sie die Arbeitsmaschine 200 in die richtige Maschineneinstellung schalten kann. Dadurch kann verhindert werden, dass ein absichtliches oder unabsichtliches falsches Ändern der Maschineneinstellung durch den Fahrer oder Benutzer erfolgt. Mit anderen Worten wird die Erkennung von der Situation Straßenfahrt und Feldfahrt nur aufgrund der tatsächlichen Umgebungsbedingungen getroffen. Ein absichtliches oder unabsichtliches Ändern des Maschinenmodus kann damit nicht mehr möglich sein. Die Leitung 207 ermöglicht es dem Fahrer in der Kabine ein Signal zu geben, dass die Arbeitsmaschine 200 in die falsche Einstellung geschaltet wurde.
Bezugszeichenliste

100: landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
101: optische Kamera
102: Blickrichtung der Kamera
103: Recheneinrichtung
104: Daten über einen optischen Fluss von Bildelementen
105: Fahrtrichtung
106: Odometer
107: Reifendruckregeleinrichtung
108: Vorrichtung zur Einstellung des Dreschwerks
109: Signalprozessor
110: schmutzabweisendes äußeres Gehäuse
111: Reinigungseinrichtung
112: CAN-Anschluss
113: Boden
114: senkrechte Ausrichtung der Blickrichtung
115: Dreschwerk
200: landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
201: optische Kamera
202: Blickrichtung der Kamera
203: Bildverarbeitungssystem
204: Boden/ Untergrund
205: Schaltvorrichtung
206: senkrechte Ausrichtung der Blickrichtung
207: Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4316173 [0003]
EP 2135498 A1 [0004]
EP 2272312 A1 [0005]

Claims

Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) mit einer Einrichtung zur Erfassung von deren Fahrzuständen, welche eine über eine Blickrichtung verfügende optische Kamera (101, 201) zur Erstellung von optischen Bodenaufnahmen aufweist, wobei die Arbeitsmaschine auf Grund der von der Kamera (101, 201) ermittelten Parameter und/oder Eigenschaften eines von der Arbeitsmaschine (100, 200) überfahrenen Bodens (113, 204) gesteuert bzw. überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kamera (101, 201) derart an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (100, 200) angeordnet ist, dass die Blickrichtung der Kamera (101, 201) senkrecht auf den Boden (113, 204) gerichtet ist.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung von Fahrzuständen eine Recheneinrichtung (103) aufweist, wobei die Kamera (101, 201) derart ausgebildet ist, dass Daten (104) über einen optischen Fluss von Bildelementen generiert und der Recheneinrichtung (103) zur Verfügung gestellt werden.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (103) zum Bildervergleich zweier Bilder der optischen Kamera (101) ausgeführt ist und daraus als Odometer eine Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (100) ermittelt.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine 2D-Kamera ist und die Kamera (101) dazu ausgeführt ist, Daten über einen optischen Fluss von 2D-Bildelementen zu generieren.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) eine Reifendruckregeleinrichtung (107) aufweist, die zu einer Adaption eines Reifendrucks der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (100, 200), basierend auf einer ermittelten Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (100, 200), ausgeführt ist.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) eine Kraftheberregelung zur Regelung einer Arbeitstiefe eines an die Arbeitsmaschine (100, 200) angebauten Bodenbearbeitungsgerätes aufweist, die basierend auf einer ermittelten Geschwindigkeit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (100, 200) geregelt wird.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (101) ein schmutzabweisendes äußeres Gehäuse (110) zum Schutz der Kamera (101) vor Schmutz und / oder eine Reinigungseinrichtung (111) zur Säuberung der Kamera (101) aufweist.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung von Fahrzuständen basierend auf der mittels der Kamera (101) durchgeführten Geschwindigkeitsmessung und einer Ermittlung einer Drehzahl von Antriebsrädern eine Messung eines Schlupfes durchführt.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildverarbeitungssystem (203) zur Erkennung des jeweils von der Arbeitsmaschine (200) überfahrenen Untergrunds (204) vorgesehen ist, wobei basierend auf den Daten der Kamera (201) und anhand spezifischer Parameter feststellbar ist, ob die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (200) eine Straße oder ein Feld befährt.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (100, 200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (200) eine Antriebseinheit mit einer Schaltvorrichtung (205) aufweist, die von dem Bildverarbeitungssystem (203) auf Grund der verarbeiteten Signale und Parameter von einer Schaltstellung „Straßenfahrt“ in eine Schaltstellung „Feldfahrt“ oder umgekehrt geschaltet wird.