DE102015115883A1

DE102015115883A1 - Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102015115883A1
Application number: DE102015115883.3A
Authority: DE
Inventors: Tommy Ertboelle Madsen
Original assignee: Claas E Systems KGaA mbH and Co KG
Current assignee: Claas E Systems GmbH
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (1), umfassend eine erste, bodennahe Struktur der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, einem Kabinenaufbau (5) zum Aufenthalt einer Bedienperson, der mit der ersten Struktur (2) nachgiebig gekoppelt ist, und eine an dem Kabinenaufbau (5) angeordnete Kamera (7) zur fortlaufenden Erzeugung primärer Bilddaten, die einen Bildbereich betreffend das Umfeld (9) der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1) abbilden, wobei die von der Kamera (7) erzeugten primären Bilddaten zusätzlich einen Teil der ersten Struktur (2) abbilden, und dass eine Korrektureinheit vorgesehen ist, die aus einer Serie erfasster primärer Bilddaten eine Auslenkung des Kabinenaufbaus (5) relativ zu der ersten Struktur (2) ermittelt und darauf basierend sekundäre Bilddaten erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, umfassend eine erste, bodennahe Struktur der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, einen Kabinenaufbau zum Aufenthalt einer Bedienperson, der mit der ersten Struktur nachgiebig gekoppelt ist, und eine an dem Kabinenaufbau angeordnete Kamera zur fortlaufenden Erzeugung primärer Bilddaten, die einen Bildbereich betreffend das Umfeld der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine abbilden. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Auswertung eines Kamerabildes einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine.
Bekannt sind Feldhäcksler und Traktoren, bei denen am Kabinendach eine Kamera zur Schwaderkennung angebaut ist ( DE 103 51 861 A1 ). Die Schwingungen und unkontrollierten Bewegungen bei landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen sind aufgrund der oft vorhandenen Bodenunebenheiten groß. Daher sind die Kabinenaufbauten heute oft über Dämpfungsmittel an der Arbeitsmaschine aufgenommen, was zwar der Dämpfung von Vibrationen dient, andererseits aber zu besonderes großen maximalen Auslenkungen der Kabinenaufbauten im Betrieb führt. Dies stört eine Bilderfassung durch dort angebrachte Kameras. Zur Vermeidung solcher Einflüsse werden Kameras in der Praxis daher bevorzugt an tieferen und weniger bewegungsanfälligen Strukturen einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angebracht, deren Erfassungsbereiche dann aber nicht optimal sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine anzugeben, die eine gute Bilderfassung durch eine an der Arbeitsmaschine angebrachte Kamera ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, umfassend eine erste, bodennahe Struktur der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, einen Kabinenaufbau zum Aufenthalt einer Bedienperson, der mit der ersten Struktur nachgiebig gekoppelt ist, und eine an dem Kabinenaufbau angeordnete Kamera zur fortlaufenden Erzeugung primärer Bilddaten, die einen Bildbereich betreffend das Umfeld der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine abbilden, wobei die von der Kamera erzeugten primären Bilddaten zusätzlich einen Teil der ersten Struktur abbilden, und wobei eine Korrektureinheit vorgesehen ist, die aus einer Serie erfasster primärer Bilddaten eine Auslenkung des Kabinenaufbaus relativ zu der ersten Struktur ermittelt und darauf basierend sekundäre Bilddaten erzeugt.
Durch die Berücksichtigung der Abbildung der ersten Struktur mittels der Korrektureinheit ist auf einfache Weise eine Möglichkeit geschaffen, zumindest einen Teil einer unkontrollierten Bewegungskomponente des Kabinenaufbaus gegenüber dem Umfeld der Arbeitsmaschine zu kompensieren bzw. zu korrigieren. Dabei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die erste, bodennahe Struktur in der Regel eine weniger große oder gar keine unkontrollierte Auslenkung gegenüber der Umgebung erfährt. Somit kann die Auslenkung des Kabinenaufbaus relativ zu der ersten Struktur korrigiert werden, um insgesamt ein von den Schwankungen des Kabinenaufbaus überwiegend entkoppeltes Bild zu erhalten. Zugleich kann die im Regelfall höhere Position der Kamera an dem Kabinenaufbau zur besseren Erfassung der Umgebung genutzt werden. Besonders bevorzugt wird die Kamera dabei an einem Dach des Kabinenaufbaus angeordnet.
Die erzeugten sekundären Bilddaten können zum Beispiel einer Bedienperson angezeigt werden, so dass ein korrigiertes Kamerabild zur Kontrolle eines Arbeitsvorgangs vorliegt.
Ein Umfeld der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ist im Sinne der Erfindung ein die Arbeitsmaschine umgebender und nicht mit der Maschine verbundener Bereich. Dabei kann es sich um einen Bodenbereich handeln, zum Beispiel umfassend ein Erntegut. Es kann sich bei dem Umfeld aber auch um ein weiteres, die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine begleitendes Fahrzeug handeln.
Eine Kamera im Sinne der Erfindung ist jedes insbesondere digitale Bilderfassungsgerät. Bevorzugt erfasst die Kamera die Bilder mit einer festen Abtastrate. Bevorzugt ist der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Bilddatensätzen aus der Serie von primären Bilddaten bekannt.
Eine Korrektureinheit im Sinne der Erfindung ist bevorzugt jedes Mittel, das einen Vergleich zwischen Bilddaten zu einem ersten Zeitpunkt und Bilddaten zu zumindest einem zweiten Zeitpunkt vornimmt und auf dieser Basis korrigierte Bilddaten ermitteln kann. Die Korrektur basiert dabei bevorzugt auf einer durch den Vergleich festgestellten Auslenkung des Kabinenaufbaus bzw. der Kameraposition relativ zu der ersten Struktur. Im Allgemeinen umfasst die Korrektureinheit eine elektronische Recheneinheit.
Die Kamera und die Korrektureinheit können die Bilder bevorzugt unter Verwendung bekannter Verfahren zur Videokompression verarbeiten, bei denen überwiegend auf die Differenz aufeinander folgender Sätze von Bilddaten (Frames) abgestellt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Struktur eine optische Markierung umfasst, die in einer Bildauswertung als Referenz erfasst wird. Eine solche Markierung kann zum Beispiel eine Farbmarkierung, ein Reflektor oder auch eine aktive optische Lichtquelle sein. Die Markierung dient einer besonders einfachen und genauen Identifizierung der Position der ersten Struktur relativ zu dem Kabinenaufbau.
Bei einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform ist die Kamera als Stereo-Kamera ausgebildet. Hierdurch lässt sich eine besonders umfassende Erfassung des Umfelds der Arbeitsmaschine, insbesondere des Feldbestands und/oder das dazugehörigen Ernteguts, erfassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass an dem Kabinenbereich eine weitere Kamera angeordnet ist, wobei die weitere Kamera in eine andere Richtung als die erste Kamera gerichtet ist, und wobei die ermittelte Auslenkung des Kabinenaufbaus relativ zu der ersten Struktur in eine Bildauswertung der zweiten Kamera einfließt. Auf diese Weise können die mittels der ersten Kamera erfassten Korrekturen universell in weitere optische Hilfssysteme der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine einfließen, um deren Wirkung zu verbessern.
Allgemein vorteilhaft umfasst die erste Struktur einen Antriebsmotor der Arbeitsmaschine. Ein Antriebsmotor verbleibt aufgrund Masse und auch der Drehimpulse der in ihm drehenden Teile besonders stabil im Raum. Bei plötzlicher und starker Auslenkung des Fahrwerks einer Arbeitsmaschine, z. B. durch überfahren von Bodenwellen, werden verschiedene federnd/dämpfend gelagerte Teile der Maschine, zum Beispiel der Kabinenaufbau, stärker ausgelenkt als der Antriebsmotor. Im Sinne der Erfindung kann die erste Struktur daher bevorzugt jedes fest mit dem Antriebsmotor verbundene Teil, zum Beispiel eine Motorabdeckung, umfassen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft mit einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine realisieren, die als ein Traktor, ein Feldhäcksler oder ein Mähdrescher ausgebildet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das abgebildete Umfeld über eine Bildauswertung mit einer elektronischen Fahrsteuerung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine koppelbar ist, wobei die ermittelte Relativbewegung in die Fahrsteuerung und/oder Bildauswertung mit einfließt. Eine solche elektronische Fahrsteuerung kann auch eine halbautomatische Steuerung umfassen, bei der der Bedienperson eine Steuerungshilfe nur angezeigt wird, sämtliche Steuervorgänge aber in der Hand der Bedienperson liegen. Bevorzugt kann es sich aber auch um eine vollautomatische Steuerung handeln, bei der auf Basis der Ergebnisse der Korrektureinheit ein unmittelbarer Eingriff in die Steuerung der Arbeitsmaschine erfolgt.
Allgemein bevorzugt ist es vorgesehen, dass eine Bildauswertung des abgebildeten Umfeldes eine Bilderkennung eines Ernteguts, insbesondere in Form eines Schwads oder einer Bestandskante, umfasst. Die Arbeitsmaschine kann diese erkannte Struktur mittels einer entsprechenden Steuerhilfe, zum Beispiel einer Bildanzeige an die Bedienperson oder auch einer automatischen Steuerung, abfahren, wodurch Sicherheit und Geschwindigkeit des Arbeitsvorgangs verbessert werden.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Auswertung eines Kamerabildes einer bevorzugt erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, umfassend die Schritte:

a. Erfassen eines Bildes mittels einer an einem Kabinenaufbau angeordneten Kamera, wobei das Bild sowohl ein Umfeld der Arbeitsmaschine als auch eine beabstandet von dem Kabinenaufbau angeordnete, erste Struktur der Arbeitsmaschine umfasst;
b. Ermitteln einer Korrekturgröße durch Auswerten des Bildes bezüglich einer Position der ersten Struktur in dem Bild.

Unter der Korrekturgröße wird jede quantifizierte Information verstanden, die eine Abweichung der Position der ersten Struktur berücksichtigt. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung des Kabinenaufbaus zu der ersten Struktur festgestellt und vermessen. Die Korrekturgröße kann nachfolgend auf beliebige Weise verwendet werden, zum Beispiel zur Korrektur des erfassten Bildes bezüglich Informationen über das Umfeld der Arbeitsmaschine.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
Ermitteln eines Steuersignals für eine elektronische Fahrsteuerung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine in Abhängigkeit sowohl von einer Bildinformation des Umfeldes als auch von der ermittelten Korrekturgröße.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine.
Die in 1 gezeigte landwirtschaftliche Arbeitsmaschine ist beispielhaft als Traktor 1 ausgebildet. Eine erste, bodennahe Struktur 2 der Arbeitsmaschine 1 umfasst einen Antriebsmotor mit einer Motorabdeckung 3. Die Motorabdeckung umfasst eine in einem oberen, vorderen Bereich angeordnete optische Markierung 4.
Oberhalb und hinter der bodennahen Struktur 2 ist ein Kabinenaufbau 5 positioniert, in dem eine Bedienperson sitzt und die Arbeitsmaschine 1 steuert bzw. einen Arbeitsvorgang überwacht. Der Kabinenaufbau 5 ist gegenüber einem Fahrwerk 6 der Arbeitsmaschine 1 und somit auch gegenüber der ersten Struktur 2 über Federn und Dämpfer nachgiebig gekoppelt. Somit erfährt der Kabinenaufbau 5 im Betrieb durch einwirkende Kräfte Auslenkungen gegenüber der ersten Struktur 2. Die erste Struktur 2 ist dagegen erheblich raumfester gegenüber Stößen und sonstigen Kräften, die zum Beispiel über das Fahrwerk in die Arbeitsmaschine 1 eingeleitet werden.
An einem Dachbereich des Kabinenaufbaus 5 sind eine erste Kamera 7 und eine zweite Kamera 8 angeordnet. Die von den Kameras 7, 8 jeweils erfassten Bereiche 9, 10 eines Umfelds der Arbeitsmaschine 1 sind angedeutet. Vorliegend ist die erste Kamera 7 nach vorne in eine Fahrtrichtung gerichtet, während die zweite Kamera 8 ist nach hinten gerichtet ist.
Die erste Kamera 7 erfasst neben einem Bodenbereich 9 des Fahrweges auch die optische Markierung 4, so dass das Umfeld und die Markierung 4 zugleich in denselben Bilddaten der Kamera 7 erfasst werden.
Die Kameras 7, 8 sind Digitalkameras, die jeweils mit fester Abtastrate Serien von Bildern bzw. primären Bilddaten aufnehmen.
Die primären Bilddaten der ersten Kamera 7 werden von einer Korrektureinheit in Form eines elektronischen Rechners (nicht dargestellt) analysiert. Dabei wird jeweils die Position der Markierung 4 in den Bilddaten festgestellt. Bei einer Änderung der Position der Markierung 4 gegenüber einer Grundposition wird eine Korrekturgröße ermittelt, so dass mittels der Korrekturgröße auf eine Änderung der Position des Kabinenaufbaus 5 bzw. der Kameraposition rückgerechnet werden kann. Die Korrekturgröße ändert sich dynamisch entsprechend der im Betrieb auftretenden Auslenkungen des Kabinenaufbaus 5.
Durch weitere bekannte Rahmendaten wie den Anbringungsort der Kamera, ihre Ausrichtung und ihrer Brennweite können dann mittels der Korrektureinheit jeweils sekundäre Bilddaten erzeugt werden. In den sekundären Bilddaten ist die Position des abgebildeten Umfelds entsprechend korrigiert.
Diese sekundären Bilddaten können zum Beispiel der Bedienperson auf einem Monitor angezeigt werden. Hierdurch kann die Bedienperson die Arbeitsmaschine 1 anhand eines objektiveren und stabileren Bildes bedienen.
Die über die erste Kamera 7 festgestellten Auslenkungen des Kabinenaufbaus 5 können auch einer Korrektur der Bilddaten der zweiten Kamera 8 dienen.
Die Korrektureinheit kann bei Bedarf auf einfache Weise initialisiert werden. Hierzu könnte zum Beispiel in einem Ruhezustand der Arbeitsmaschine 1 eine Initialisierungsroutine gestartet werden. Dabei nimmt die Kamera 7 zunächst Bilddaten auf, während der Kabinenaufbau 5 in einer neutralen Grundposition verbleibt.
Nachfolgend können dann gezielte Auslenkungen des Kabinenaufbaus 5 ohne eine sonstige Bewegung der Arbeitsmaschine 1 vorgenommen werden, so dass die Position der ersten Struktur 2 raumfest bzw. in Ruhe verbleibt.
Auf diese Weise kann das System erlernen, welche Positionsänderungen der ersten Struktur 2 mit welchen Positionsänderungen des Umfelds verknüpft sind. Entsprechend kann ein erfindungsgemäßes System auf einfache Weise an bestehende landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen adaptiert werden.
Bezugszeichenliste

1: landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
2: erste, bodennahe Struktur der Arbeitsmaschine
3: Antriebsmotor mit Motorabdeckung
4: optische Markierung
5: Kabinenaufbau
6: Fahrwerk
7: erste Kamera
8: zweite Kamera
9: von erster Kamera erfasstes Umfeld
10: von zweiter Kamera erfasstes Umfeld

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

DE 10351861 A1 [0002]

Claims

Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, umfassend eine erste, bodennahe Struktur (2) der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1), einen Kabinenaufbau (5) zum Aufenthalt einer Bedienperson, der mit der ersten Struktur (2) nachgiebig gekoppelt ist, und eine an dem Kabinenaufbau (5) angeordnete Kamera (7) zur fortlaufenden Erzeugung primärer Bilddaten, die einen Bildbereich betreffend das Umfeld (9) der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1) abbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kamera (7) erzeugten primären Bilddaten zusätzlich einen Teil der ersten Struktur (2) abbilden, und dass eine Korrektureinheit vorgesehen ist, die aus einer Serie erfasster primärer Bilddaten eine Auslenkung des Kabinenaufbaus (5) relativ zu der ersten Struktur (2) ermittelt und darauf basierend sekundäre Bilddaten erzeugt.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktur (2) eine optische Markierung (4) umfasst, die in einer Bildauswertung als Referenz erfasst wird.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (7) als Stereo-Kamera ausgebildet ist.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kabinenaufbau eine weitere Kamera (8) angeordnet ist, wobei die weitere Kamera (8) in eine andere Richtung als die erste Kamera (7) gerichtet ist, und wobei die ermittelte Auslenkung des Kabinenaufbaus (5) relativ zu der ersten Struktur (2) in eine Bildauswertung der zweiten Kamera (8) einfließt.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktur (2) einen Antriebsmotor (3) der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1) umfasst.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine als ein Traktor, ein Feldhäcksler oder ein Mähdrescher ausgebildet ist.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgebildete Umfeld (9, 10) über eine Bildauswertung mit einer elektronischen Fahrsteuerung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1) koppelbar ist, wobei die ermittelte Relativbewegung in die Fahrsteuerung und/oder Bildauswertung mit einfließt.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildauswertung des abgebildeten Umfeldes (9, 10) eine Bilderkennung eines Ernteguts, insbesondere in Form eines Schwads oder einer Bestandskante, umfasst.
Verfahren zur Auswertung eines Kamerabildes einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: a. Erfassen eines Bildes mittels einer an einem Kabinenaufbau (5) angeordneten Kamera (7), wobei das Bild sowohl ein Umfeld (9) der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1) als auch eine beabstandet von dem Kabinenaufbau angeordnete, erste Struktur (2) der Arbeitsmaschine umfasst; b. Ermitteln einer Korrekturgröße durch Auswerten des Bildes bezüglich einer Position der ersten Struktur (2) in dem Bild.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt: Ermitteln eines Steuersignals für eine elektronische Fahrsteuerung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (1) in Abhängigkeit sowohl von einer Bildinformation des Umfeldes (9) als auch von der ermittelten Korrekturgröße.