DE19627139A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Exaktsteuerung entlang von Pflanzenreihen - Google Patents

Description

Die Erfindung ermöglicht ein exaktes Steuern eines Schleppers entlang von Pflanzenreihen. Das Hauptproblem bei der Steuerung von Pflegemaschinen in Reihenkulturen ist ihre exakte Steuerung. Der Fahrer verfolgt im bisherigen Normalfall den Abstand des Vorderrades des Schleppers zu der Pflanzenreihe, die der Innen- oder Außenseite des beobachteten Rades zugewandt ist. Dabei kann bei Benutzung eines Standardschleppers die Radposition nur ungenau beobachtet werden, da Pflanzenbewuchs, aber auch z. B. Schutzbleche am Schlepper die Sicht versperren.

Manche Betriebe rüsten, um die Möglichkeiten der Exaktsteuerung zu verbessern, auf Spezialschlepper um, um dem Fahrer eine bessere Sicht auf die Zielfläche sowie auf die Organe des Bearbeitungsgerätes zu ermöglichen (z. B. Fendt-Geräteträger). Die relative Verbesserung der Sicht sowie der gut einsehbare Zwischenachsanbau von Pflegegeräten genügen oft als Rechtfertigung für die Anschaffung solcher Spezialschlepper. Dabei werden die vorhandenen Schlepper entweder abgestoßen oder verbleiben auf den Betrieben, ohne ökonomisch ausgelastet zu werden. Dies ist ein schlimmer Verlust für die Betriebe, da diese ein wichtiges stilles Kapital der Betriebe darstellen würden, wenn sie nutzbringend eingesetzt werden können. Statt diese preiswerten Ressourcen zu nutzen, investieren die Betriebe in die hochpreisigen Geräteträger. Bei der Pflege von in Reihen angebauten Kulturen ist es üblich, vom Fahrersitz aus die Position vom Schlepperrad in den Pflanzenreihen zu beobachten und zu korrigieren, um das am Schlepper angebaute Gerät exakt durch die Reihen zu führen. Dabei ist von Nachteil, daß der Schlepperfahrer nicht in der Lage ist, die jeweils bodennahen Bereiche des Schlepperrades einzusehen, da diese Bereiche durch Pflanzenbewuchs sowie durch Schutzvorrichtungen verdeckt sind. Dementsprechend besteht die Lösung des Problems darin, dem Schlepperfahrer über Hilfsmittel die Sicht zu ermöglichen.

Die Erfindung besteht aus einer unter dem Schlepper etwa in Fahrtrichtung justierten und leicht abwärts geneigten Low-cost-Kamera. Diese ist so montiert, daß sie dem Fahrer über einen angeschlossenen Monitor den Blick z. B. auf zwei nebeneinanderliegende Pflanzenreihen sowie den davon eingeschlossenen z. B. verunkrauteten Reihenzwischenraum erlaubt. Der Kamera ist eine mit Druckluft versorgte Hülse oder ein Schlauch übergestülpt und/oder zugeordnet, aus der Preßluft von der Kameralinse weg in Richtung des Erfassungsbereiches strömt, um damit gleichzeitig Nutzpflanzen seitlich aus dem Erfassungsbereich wegzubiegen, so z. B. daß das Bodenprofil freigelegt wird. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Schlepper oder eine Erntemaschine mit bezahlbarem Aufwand sehr exakt entlang von Reihenkulturpflanzen zu lenken.

Eine Kamera, die in Verbindung mit einer Zielhilfe (vgl. Kimme und Korn) aus größerer Höhe gegen den Boden und in oder gegen die Fahrtrichtung gerichtet ist, ermöglicht ebenfalls eine qualitativ hochwertige Exaktsteuerung des Schleppers, dabei wird die Brennweite und der Focus entsprechend der Bearbeitungsziele eingestellt. Die Gefahr des Verstaubens oder mechanischer Einwirkungen kann so reduziert werden. Preßluft kann ebenfalls hilfreich zum Weg- oder Hineinbiegen von Pflanzen aus oder in den Erfassungsbereich genutzt werden. Die Bildaufnahmen können vorteilhaft auch zur Erkennung von Pflanzenkrankheiten oder einer Verunkrautung genutzt werden, wozu pflanzenuntypische Farben, die durch z. B. Mehltau, Nekrosen, Vergilbung oder Rostbefall oder Blüten von Unkräutern hervorgerufen werden, elektronisch quantifiziert werden und aufsummiert werden. Unterstützt durch ein GPS-System kann so eine mehr- oder weniger ortsbezogene Befallskontrolle erfolgen. Zumindest können so befallsrelevante Herde für eine nähere manuelle Untersuchung vorbereitet werden. Als weitere Ausgestaltung sind zwei Kameras z. B. in Rahmen- oder Blechteile des Schleppers oder eines Gerätes integriert, welche auf einen gemeinsamen Punkt vor, hinter oder neben dem Schlepper justiert sind. Über einen stufenlosen Verstellantrieb oder -mechanismus kann der justierte Punkt verlegt, insbesondere in Fahrtrichtung vor- oder rückverlegt werden. Auf eine bekannte Weise wird ein 3-dimensionales Bild auf einer Abbildungsvorrichtung erzeugt, so daß dem Fahrer oder einer Elektronik ein solches Bild zur Verfügung steht.

Das Bild entspricht in seiner Beschaffenheit nicht zwingend einem realistischen optischen Eindruck sondern kann so stark funktionsorientiert vereinfacht werden, so daß als wesentliche Information nur ein Eindruck von der kameraoptisch fokussierten Fläche verbleibt, der eine Exaktsteuerung durch den Fahrer oder ein elektromechanisches Stellglied ermöglicht. Da in Pflanzenbeständen häufig innerhalb von Fahrgassen gefahren wird, bietet sich eine vereinfachende Möglichkeit der Darstellung mit der nachstehenden Hilfselektronik, welche die Bildsignale von den Kameras in vorverarbeitetem Zustand an einen 2- oder 3-D Monitor weitergeben. Dabei wird das Bild der einen Kamera parallel zur Fahrtrichtung gespiegelt und über das Bild der anderen Kamera auf den Bildschirm projekziert. Somit erscheint statt vorher z. B. zweier Fahrgassen nur noch eine "Fahrgasse" oder eben Pflanzenreihe auf dem Bildschirm, welche bei hoher Qualität der Exaktsteuerung natürlich schmal erscheint, um bei Abweichung vom Sollwert je nach Wahl der Monitorfarben verbreitert oder verschmälert zu erscheinen.

Es wird außerdem vorgeschlagen, ein Abbild kameraoptisch oder meßtechnisch erfaßter und abbildbarer Datenreihen nicht auf einem Monitor zu erzeugen, sondern auf einer Fahrzeugscheibe abzubilden, so daß der Fahrer ohne seinen Blick von der Zielfläche (Straße, Acker, Schüttgut) wenden zu müssen, die so aufbereiteten Bildwerte als transparentes Bild oder Kontur eines Bildes durch die Fensterscheibe sehen kann. Hierfür kann ein herkömmlicher Monitor ganz eingespart werden, er wird dann durch einen Miniprojektor ersetzt, der ein Bild in solchen Farben auf die Scheibe projeziert, die im Betriebsbereich des Fahrzeuges nicht intensiv vorkommen, aber von der präparierten oder beschichteten Scheibe reflektiert werden können. Als besonders hilfreich können derartige Kamerasysteme im infraroten Bereich zur Feststellung von unbeleuchteten Lebewesen im Einzugsbereich des Fahrzeuges genutzt werden. Die Projektionsfläche kann über einen zum Fahrer gerichteten Augendetektor, dessen Signale die Bildverarbeitungsvorrichtung manipulieren, so auf die Scheibe projekziert werden, daß der Fahrer einen "exakten" oder für den Fahrstil oder Fahrzweck optimierten Gesichtseindruck wahrnimmt. So können z. B. Rehe, welche eine Fahrbahn kreuzen werden, früher wahrgenommen werden, so daß mehr Reaktionszeit für eine korrekte Reaktion zur Verfügung steht. Im militärischen Einsatz können sich dadurch ebenfalls Vorteile ergeben. Auch ein Fahrtenschreiber im Sinne einer Black-Box ist damit realisierbar, der in kritischen Fällen bei starker Annäherung von Lebewesen im Bezug zur momentanen Fahrgeschwindigkeit oder abhängig vom Betriebszustand eine Bilddokumentation vornimmt.

In einer weiteren Ausführung wird das Problem gelöst, daß bei breiten am Schlepper angebauten oder -gehängten Geräten die oft sehr langen Traggestelle für Spurenreißer vollständig eingespart werden. Diese müssen oft selbst über Klappvorrichtungen verfügen, um bei großen Breiten noch handhabbar zu sein. Zunächst einmal spricht nichts dagegen, an einer Maschine, z. B. Sämaschine lediglich einen Spuranreißer zentral anzuordnen und jeweils bedarfsabhängig nach rechts und links neben die Sämaschine zu schwenken (die Spur wird bekanntlich immer nur auf jeweils einer Maschinenseite ins ungesäte Land angerissen). Somit wird bereits der konstruktive Aufwand an der Maschine verringert. Dazu ist das Spuranreißergestänge an vorzugsweise zentraler Position an der Maschine seitlich schwenkbar, ausklappbar und feststellbar aufzuhängen. Die Gestänge für Spuranreißer können auch fast vollständig eingespart werden. Läßt man die Annahme fallen, daß ein unmittelbarer Blickkontakt vom Fahrer auf die Spur notwendig ist und ersetzt sie durch die nächstbessere, "mittelbarer Blick auf die Spur", können auch Kameras nahe der beiden Seiten der Maschine mit Blick in Fahrtrichtung und leicht hinabgeneigt montiert werden, die das Bild der angerissenen Spur oder Bezugslinie auf einen Monitor übertragen, welcher die Bilddaten sogar in Kopplung mit einer Verarbeitungselektronik verbessert darstellen kann. Dabei ist das Blickfeld der Kameras so zu wählen, daß ein "vorausschauendes" Fahren möglich wird. Statt Kameras könnten auch Taster, Ultraschallsensoren, Sonare, langwellige, UV- und Infrarotsensoren angewendet werden.

Claims (21)

1. Sensorsystem zur Steuerung und/oder Regelung von Landmaschinen, -geräten oder ihrer -elemente, bei dem in Abhängigkeit von der Art der Bearbeitung mindestens ein Sensor- oder Kameraelement (Kamera) an der Landmaschine so angeordnet ist, daß dies den Boden, Maschinen- und/oder Pflanzenpositionen oder -teile erfaßt, wobei dieses Element mit einer signalverarbeitenden Elektronik und mindestens einem Monitor gekoppelt ist und seine Signale vorzugsweise vorverarbeitet an den Monitor ausgibt, wobei basierend auf den vom Monitor ausgegebenen Signalen die Steuerung manuell, halb- oder vollautomatisch erfolgt und die Fahrtrichtung, die Arbeits- und/oder oder Fahrgeschwindigkeit, das exakte Absenken oder Ausheben von Maschinen und/oder deren Einstellwerte betreffen kann, wobei der Kamera eine mit Druckluft versorgte Hülse oder ein Schlauch übergestülpt und/oder zugeordnet ist, aus der die Kamera vor Verschmutzung schützende und Pflanzen mindestens teilweise aus dem Erfassungsbereich wegbiegende Preßluft von der Kameralinse weg in Richtung ihres Erfassungsbereiches ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera vorzugsweise unter der Landmaschine, z. B. dem Schlepper oder einer daran angebauten Maschine leicht abwärts geneigt und etwa in oder entgegen der Fahrtrichtung angeordnet ist und dem Fahrer den Blick vorzugsweise auf zwei nebeneinanderliegende Pflanzenreihen sowie den davon eingeschlossenen Reihenzwischenraum erlaubt sowie gegebenenfalls weitere Bestandeseigenschaften erfaßt und mittels einer Bilddatenverarbeitung auswertet und auf dem Monitor sichtbar macht und/oder in einer Datenbank ablegt.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Monitor ausgegebenen Signale vorher aufgabenkonform weiterverarbeitet werden, indem sie mit Datenbankdaten elektronisch verknüpft werden.

3. Sensorsystem nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kamera erfaßten Eingangssignale durch die Elektronik diversifiziert, ergänzt durch sonstige Informationen oder Signale vereinfacht werden und auf den Monitor als Ausgangssignale ausgegeben werden.

4. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung der Kamera unter dem Schlepper und Anordnung eines Monitors im Bereich der Bedienelemente in der Kabine des Schleppers dem Schlepperfahrer eine für die Exaktsteuerung der Landmaschine oder ihrer Elemente hinreichend genaue indirekte Sicht auf schwer einzusehende Schlepper- und Maschinenelemente sowie auf den Pflanzenbestand und auf den Boden ermöglicht wird.

5. Sensorsystem nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kamera in Verbindung mit einer Zielhilfe (vgl. Kimme und Korn) aus größerer Höhe gegen den Boden und in oder gegen die Fahrtrichtung angeordnet ist, wobei ihre Brennweite und ihr Focus entsprechend der Bearbeitungsziele verstellbar sind.

6. Sensorsystem nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Kamera angeordnete Luftdüsen zum pneumatischen Hineinbiegen von Pflanzen oder -teilen in den Erfassungsbereich eingesetzt werden.

7. Sensorsystem nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kamera hergestellten Bilddaten mittels Algorithmen zur Erkennung von Pflanzenkrankheiten oder von Verunkrautung genutzt werden, wozu pflanzenuntypische Farben, die durch z. B. Mehltau, Nekrosen, Vergilbung, Rostbefall oder Blüten von Unkräutern hervorgerufen wurden, elektronisch quantifiziert, aufsummiert und mit in einer Datenbank abgelegten Daten fortwährend verglichen werden.

8. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Sensorsystem unterstützt durch ein GPS-System eine ortsbezogene Befallskontrolle erfolgen kann.

9. Sensorsystem nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der vorhergehenden Datenaufbereitung in der Elektronik potentiell behandlungsrelevante Flächen für eine nähere manuelle Untersuchung markiert werden.

10. Sensorsystem nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kameras z. B. in Rahmen- oder Blechteile des Schleppers oder einer Maschine integriert sind, welche auf einen gemeinsamen Punkt vor, hinter oder neben dem Schlepper justiert sind.

11. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß über einen stufenlosen Verstellantrieb- oder -mechanismus der durch zwei Kameras justierte Punkt insbesondere in Fahrtrichtung vor- oder rückverlegt werden kann, werden, wobei auf eine bekannte Weise ein 3-dimensionales Bild auf einem Monitor oder einer sonstigen Abbildungsvorrichtung erzeugt wird, so daß dem Fahrer oder einer Elektronik ein solches Bild zur Verfügung steht.

12. Sensorsystem nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung des von Monitor und Elektronik erzeugten Bildes in seiner Beschaffenheit von einem realistischen optischen Eindruck abweicht, indem es eine funktionsorientierte Vereinfachung des realistischen Bildes ist.

13. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildinformation in ein Signal gewandelt wird, das eine Exaktsteuerung durch den Fahrer oder ein elektromechanisches Stellglied ermöglicht.

14. Sensorsystem nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der einen Kamera parallel zur Fahrtrichtung gespiegelt und über das Bild der anderen Kamera auf einen einzigen Bildschirm übertragen wird, so daß statt vorher z. B. zweier Fahrgassen nur noch eine "Fahrgasse" oder eben Pflanzenreihe auf dem Bildschirm sichtbar ist, welche bei hoher Qualität der Exaktsteuerung eine Darstellung aufweist, von der es bei Abweichung vom Sollwert je nach Wahl der Einstellungen verbreitert, verschmälert oder in anderen Farben erscheint.

15. Sensorsystem nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abbild kameraoptisch oder meßtechnisch erfaßter und abbildbarer Datenreihen einer Fahrzeugscheibe im Sichtfeld des Fahrers abgebildet wird, so daß der Fahrer ohne seinen Blick von der Zielfläche (Straße, Acker, Schüttgut) wenden zu müssen, die so aufbereiteten Bildwerte als transparentes Bild oder Kontur eines Bildes auf der Fensterscheibe sehen kann.

16. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines Monitors ein Projektor abbildbare Daten oder Bilder als transparentes Bild oder Kontur eines Bildes auf der Fensterscheibe abbildet.

17. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bild in solchen Farben auf die Scheibe projeziert wird, die im Betriebsbereich des Fahrzeuges nicht intensiv vorkommen, aber von der präparierten oder beschichteten Scheibe reflektiert werden können.

18. Sensorsystem nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche über einen zum Fahrer gerichteten Augendetektor verschieden sein kann, indem die Signale des Augendetektors die Bildverarbeitungsvorrichtung so manipulieren, daß der Fahrer einen räumlich "exakten" oder für den Fahrstil oder Fahrzweck optimierten Gesichtseindruck von erfaßten Objekten wahrnimmt.

19. Sensorsystem nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kamerasystem im infraroten Bereich unbeleuchtete warme Lebewesen im Einzugsbereich des Fahrzeuges erkennt und für den Fahrer sichtbar abbildet.

20. Sensorsystem nach insbesondere Anspruch 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß Tiere im Gefahrenbereich der Maschine detektiert und sichtbar gemacht werden.

21. Sensorsystem nach Anspruch 1, 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verknüpfung der infraroten Kameras eines Fahrzeugs mit einem Fahrtenschreiber maschinennahe Lebewesen, insbesondere sich an die Maschine annähernde Lebewesen durch Abspeicherung der Kamerabilder auf einem Datenträger registriert werden.