DE19961442A1 - Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen - Google Patents

Abstract

Eine automatisierte und gezielte Behandlung von einzelnen Kulturpflanzen oder von unerwünschten Pflanzen zwischen Kulturpflanzen ist bisher technisch nicht zufriedenstellend gelöst. Das neue Verfahren ist in der Lage, automatisch Maschinen entlang von Kulturpflanzen zu steuern und unterschiedliche Arbeitsmaßnahmen wie beispielsweise zur Pflanzenpflege auszuführen. Grundlage für diese Steuerung ist dabei die Ermittlung und Nutzung der räumlichen Positionen der einzelnen Kulturpflanzen. DOLLAR A Die vor der eigentlichen Arbeitsmaßnahmen ermittelten Positionen der einzelnen Kulturpflanzen (13) werden als Steuerungsdaten für beispielsweise eine Pflegemaschine (8) genutzt. Dabei wird die aktuelle Position der Maschine (10, angegeben in Koordinaten 11, 12) mit einer kartierten idealen Position (7) verglichen. Abhängig von dieser Abweichung und der Position der Einzelpflanzen (13) werden die Arbeitswerkzeuge (9) gesteuert, um damit eine Arbeitsmaßnahme an einer Kulturpflanze oder zwischen Kulturpflanzen durchzuführen. DOLLAR A Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Unkrautbekämpfung, Düngung und Beerntung eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezo­ genen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen der im Oberbegriff des Anspruch 1 definierten Gattung.

In der Landwirtschaft und im Gartenbau stellt die Pflege der Kultur­ pflanzen, hier ist unter anderem die Unkrautbekämpfung zu nennen, eine sehr kosten- und zeitintensive Rolle dar. Zur Pflege der Pflan­ zen ist neben der Ausschaltung von konkurrierenden Unkräutern und der Lockerung des Bodens auch für eine optimale Standraum­ zuteilung zu sorgen.

Unter der Pflege von Kulturpflanzen ist hier sowohl eine gezielte Behandlung der Kulturpflanze selber als auch die gezielte Behand­ lung von beispielsweise Unkrautpflanzen zwischen den Kultur­ pflanzen zu verstehen. Bei den Kulturpflanzen kann es sich um Arten handeln dessen Pflanzenbestand sich mit der Einzelkornsaat oder Pflanztechnik etablieren läßt oder bei denen sich die Standortpo­ sitionen der Einzelpflanzen nachträglich bestimmen lassen. Bei­ spielsweise können dies Rüben, Mais, Gemüse und Weihnachts- oder Obstbäume sein.

Die Pflanzenpflege erfolgt bisher meist entweder chemisch, mecha­ nisch oder thermisch. Alle Pflegegeräte werden an einen Traktor, Geräteträger oder ein vergleichbares Trägerfahrzeug angebaut und über dessen Lenkung an der Kulturpflanze entlang geführt. Die Kulturpflanzen befinden sich meist in einer Reihenkultur. Proble­ matisch sind bei allen bisherigen Verfahren die zu behandelnden Pflanzen innerhalb der Reihe oder die gezielte Behandlung nur der Kulturpflanze. Beispielsweise lassen sich Unkräuter zwischen Kultur­ pflanzen innerhalb der Reihen mechanisch nur unzureichend regu­ lieren, wobei die Arbeit zwischen den Reihen geringere Probleme bereitet.

Problematisch ist die exakte manuelle Steuerung der Maschinen entlang den Reihen der Kulturpflanzen. Sie erfordert eine hohe Kon­ zentration und führt deshalb zu einer hohen Belastung des Fahrers eines Traktors, Geräteträgers, Trägerfahrzeugs oder ähnlichem. Falsche Lenkbewegungen führen bis zum Totalausfall der Kultur­ pflanzen und den damit verbundenen hohen wirtschaftlichen Ver­ lusten.

Bisherige Feinsteuereinrichtungen arbeiten nicht zufriedenstellend oder erfordern eine zweite Bedienperson mit den damit resultieren­ den zusätzlichen Kosten. Völlig automatisch arbeitende Systeme gibt es bisher nicht auf dem Markt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu schaf­ fen, die sich insbesondere in Verbindung mit dem genannten Anwen­ dungszweck zum vollautomatischen Steuern von Maschinen entlang den Kulturpflanzen mit hoher Arbeitsleistung eignet und dabei Pro­ duktionskosten senkt und zum fahrerlosen Fahrzeug ausbaufähig ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zur Lösung dieser Aufgabe von einer Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung auszugehen ist.

Ausgehend von dieser Vorrichtung zur pflanzenpositionsbezogenen Steuerung von Pflegegeräten und Maschinen sind zur Lösung der genannten Aufgaben die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 vorgesehen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß bei geeigneter Auslegung der Steuerung, eine Unkrautregulierung innerhalb der Pflanzreihe und/oder eine Behandlung der einzelnen Kulturpflanze automatisch ohne Zutun einer Bedienperson durchgeführt werden kann. Desweiteren bringt die Erfindung den Vorteil, daß statt einem schweren Trägerfahrzeug oder Traktor ein je nach Behandlungsfall leichtes Trägerfahrzeug eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist auch die Ausbildung der Maschine in Form eines Selbstfahrers möglich, der ohne Fahrer als Roboter über die Daten der Pflanzen­ positionen oder eines vorher vermessenen oder anders aufgezeich­ neten Weges gesteuert werden kann.

Aufgrund der Tatsache der Steuerung der Maschine mittels Pflan­ zenpositionen muß die Standortposition der einzelnen Pflanzen genau bestimmt sein. Unter Standortposition einer Pflanze wird hier verstanden, daß der genaue Pflanzenstandort mittels eines belie­ bigen Koordinatensystems bestimmt wird. Dies kann beispielsweise über ein GPS-Gerät mit Längen- und Breitengradkoordinaten oder ein anderes Positionierungsgerät mit beispielsweise Vektorkoordi­ naten erfolgen.

Die Positionsbestimmung kann entweder beim Aussäen des Saatgutes, beispielsweise durch ein Einzelkornsägerät, oder beim Setzen von Einzelpflanzen, wie im Gemüsebau mit Pflanzmaschinen üblich, oder durch ein nachträgliches Vermessen der Pflanzenposi­ tionen, erfolgen. Das nach der Bestandesetablierung erfolgende Ver­ messen der Pflanzenpositionen eines Pflanzenbestandes kann beispielsweise mittels einer Person und tragbarem oder fahrbarem Positionierungsgerät oder mittels Fernerkundung oder Luftbildern erfolgen.

Diese mittels Datenverarbeitung und Positionierungssystem ermit­ telten Informationen werden ackerschlagspezifisch in einer Datei ge­ speichert. Diese Daten sind Grundlage für die Vorrichtung zum pflan­ zenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen.

Das Positionierungssystem muß zur Erfüllung der Arbeitsaufgabe eine bestimmte Genauigkeit aufweisen. Diese Genauigkeit ist abhän­ gig von dem zu bearbeitenden Pflanzenbestand, hier ist insbeson­ dere die Bestandesdichte bzw. die Kulturart zu nennen, weil hieraus sich der mittlere Abstand zwischen den zu pflegenden Pflanzen ergibt.

Ein Datenverarbeitungs- und Positionierungsgerät befinden sich auf der Pflegemaschine, der Vorrichtung zur pflanzenpositionsbezo­ genen Steuerung. Diese Pflegegeräte werden dann entlang der Einzelpflanzen geführt. Aufgrund der Reihenkultur dieser Einzel­ pflanzen ist eine sehr gute Behandlung der Einzelpflanzen in der Reihe gegeben, was mit einer herkömmlichen Maschine wie einer Hacke oder ähnlichem nicht erreicht werden kann.

Wird das Pflegegerät oder die Maschine mit einem Traktor, Selbstfahrer oder ähnlichem geführt, so erfolgt die genaue An­ passung der aktuellen Position des Werkzeugträgers in Querrichtung mittels einer hydraulischen, pneumatischen, elektromechanischen oder ähnlichen Verstelleinrichtung. Die Steuerung dieser Verstellein­ richtung erfolgt über die Daten der Pflanzenpositionen oder eines gemessenen oder anders definierten Weges. Infolge dieser Verstell­ einrichtung entsteht eine Relativbewegung zwischen Traktor und Pflegegerät. Die grobe Navigation der Maschine erfolgt dabei über den Traktor.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beispielbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigen Fig. 1 die Draufsicht eines Sä- oder Pflanzgerätes, Fig. 2 die Draufsicht eines Pflegegerätes und Fig. 3 die Anbringung der Referenzantenne an Sä-, Pflanz- oder Pflegegerät.

In Fig. 1 ist die Prinzipskizze eines Sä- oder Pflanzgerätes der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein sechsreihiges System beschrieben, das generell jedoch aus einem Aggregat oder aus mehreren bestehen kann. An einem Werkzeugträger (1) befinden sich die einzelnen Sä- oder Pflanzaggregate (2) sowie der Referenzpunkt des Positionie­ rungssystems (3), beispielsweise eine GPS-Antenne. Die Position des Referenzpunktes (3) ist aufgrund des verwendeten Positio­ nierungssystems immer bekannt, hier z. B. mit einem GPS-System über Längen- (4) und Breitengradkoordinaten (5). Die einzelnen Standortpositionen der abgelegten Saatkörner oder Pflanzen in Reihen sind mit Ziffer (6) gekennzeichnet. An jedem Sä- oder Pflanzaggregat (2) befindet sich eine Einrichtung zur Bestimmung des Saatkornablage- oder Pflanzzeitpunktes. Aufgrund der bekann­ ten geometrischen Abmessungen der Sä- oder Pflanzaggregate (2) zum Referenzpunkt (3) wird auf die Position der Ablage- oder Pflanz­ position pro Reihe geschlossen. Darüber hinaus werden die Posi­ tionen des zurückgelegten Weges des Sä- oder Pflanzgerätes (7) aufgezeichnet. Die mittels Datenverarbeitung erzeugte ackerschlag­ spezifische Datei enthält somit Informationen über die Position aller Einzelpflanzen (6) sowie über den zurückgelegten Weg (7) des Sä- oder Pflanzgerätes.

In Fig. 2 ist die Prinzipskizze eines Pflegegerätes der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen dargestellt. In diesem Ausführungs­ beispiel wird ein sechsreihiges System beschrieben, das generell jedoch aus einem Aggregat oder aus mehreren bestehen kann. An einem Werkzeugträger (8) befinden sich die einzelnen Pflege­ aggregate (9) sowie der Referenzpunkt des Positionierungssystems (10), z. B. eine GPS-Antenne. Die Position des Referenzpunktes ist aufgrund des verwendeten Positionierungssystems immer bekannt, hier z. B. mit einem GPS-System über Längen- (11) und Breiten­ gradkoordinaten (12). Die einzelnen Lagepositionen der Pflanzen in Reihen sind mit Ziffer (13) gekennzeichnet. Bei den Pflegeaggre­ gaten (9) kann es sich beispielsweise um Pflanzenschutzspritzen oder um mechanische Hackwerkzeuge handeln. Aufgrund der bekannten geometrischen Abmessungen der Pflegeaggregate (9) zum Referenzpunkt (10) wird auf die Position der aktuellen Pflegearbeit pro Reihe geschlossen. Dadurch werden die Pflege­ aggregate wie beispielsweise Hacken in die Pflanzenzwischenräume innerhalb der Reihen geführt und/oder es werden gezielt Pflanzen­ schutzwirkstoffe über entsprechende Applikationsgeräte aus- und eingeschaltet. Darüber hinaus können die Daten des gespeicherten zurückgelegten Weges (7) der Sä- oder Pflanzmaschine zur automatischen Navigation des Pflegegerätes genutzt werden, so daß der zurückgelegte Weg des Pflegegerätes mit dem zurückgelegten Weg des Sä- oder Pflanzgerätes (7) identisch ist, bzw. der Referenz­ punkt des Positionierungssystems (10) immer auf dem idealen Fahrkurs (7) liegt. Die Feinsteuerung des gesamten Pflegegerätes quer zur Fahrtrichtung - gemeint ist die Anpassung der aktuelle Position des Pflegegerätes an den idealen Weg (7) - übernimmt dabei eine hydraulische, pneumatische, elektromechanische oder ähnliche Verstelleinrichtung (14).

In Fig. 3 ist die Position des Referenzpunktes bzw. die Anbringung der Antenne des Positionierungssystems dargestellt. Die einzelnen Pflanzen in den Reihen sind mit Ziffer (13) gekennzeichnet. Am Werkzeugträger (8) sind die Pflegeaggregate (9) und die Antenne (10) angebracht. Da üblicherweise die Feldoberfläche (15) uneben ist, hier geneigt dargestellt, ergeben sich aufgrund der Fahrzeugnei­ gungen Positionsabweichungen zwischen der gemessener Position (16) von der wahren idealen Position (17). Vorteil der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ist jedoch, daß aufgrund der identischen Position des Referenzpunktes am Sä- oder Pflanzgerät und am Pflegegerät die Unebenheiten oder Neigungen der Feldoberfläche keinen Einfluß auf die Positionsgenauigkeit haben, da immer in den selben Fahrspuren gefahren wird und sich sich daraus beim Säen oder Pflanzen und beim Pflegen gleiche Positionsabweichungen ergeben.

Die Positionsbestimmung der Vorrichtung zum pflanzenpositions­ bezogenen Steuerung von Pflegegeräten und Maschinen kann mittels eines Positionierungs-Systems - beispielsweise Global-Posi­ tioning-System (GPS), differentielles GPS (DGPS), oder ähnlichem, mittels Laser, mittels Ultraschall, mittels Induktion, mittels linien­ förmige oder punktförmige Beeinflussung, mittels Funk, mittels Optik oder aus einer Kombination aus mehreren oder allen Möglichkeiten erfolgen.

Der Antrieb und die Steuerung der Vorrichtung zur pflanzenpositions­ bezogenen Steuerung von Pflegegeräten und Maschinen kann durch Verbrennungsmotoren, elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder durch Brennstoffzellen oder aus einer Kombination der verschie­ denen Antriebsmöglichkeiten erfolgen.

Sowohl der Antrieb als auch die Steuerung der Vorrichtung zur pflan­ zenpositionsbezogenen Steuerung von Pflegegeräten und Ma­ schinen müssen entsprechend dimensioniert sein. Aufgrund unter­ schiedlicher Parameter müssen die Arbeitsgeschwindigkeit den Er­ fordernissen angepaßt werden können oder von der Vorrichtung zur pflanzenpositionsbezogenen Steuerung übernommen werden.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen, bei dem die Standortposition von Kultur­ pflanzen während der Aussaat oder Pflanzung oder nachträglich ermittelt wird. Die so aufgezeichneten Daten der Pflanzenpositionen werden vom Pflegegerät zur Steuerung von Werkzeugen wie bei­ spielsweise von Hacken oder Pflanzenschutzspritzen genutzt. Dabei ist sowohl das Sä- oder Pflanzgerät sowie das Pflegegerät mit einer Einrichtung zur Positionsbestimmung und Datenverarbeitung aus­ gerüstet.

2. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sä- oder Pflanzgerät mit einer Einrichtung zur Erfassung des Ablage- oder Pflanzzeitpunktes des Saatkorns oder Pflanzgutes ausgerüstet ist.

3. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anbringung der Empfängerantenne der Einrichtung zur Positionsbestimmung - Referenzpunkt - z. B. eines GPS-Empfän­ gers an dem Sä- oder Pflanzgerät und an dem Pflegegerät in gleicher Weise erfolgt.

4. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung von mehrreihigen Geräten mittels deren geometrischer Abmessungen und einfacher Positionsbestim­ mung des Gerätes auf die Pflanzenpositionen in allen Reihen ge­ schlossen wird.

5. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Werkzeuge des Pflegegerätes gezielt auf die Pflanzenposition und/oder auf deren Zwischenraum in der Pflanz­ reihe gesteuert werden können.

6. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl der Reihen bei der Aussaat oder Pflanzung und bei der Pflege nicht gleich sein müssen, es aber für die Arbeitsqualität des Gesamtsystems insbesonders jedoch für die Genauigkeit der Positionierung von Vorteil ist, wenn die Reihenan­ zahl gleich ist.

7. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Korrektur der Position des Werkzeugträgers quer zur Fahrtrichtung eine hydraulische, pneumatische, elektromecha­ nische oder ähnliche Verstelleinrichtung verwendet wird, bei dem die Steuerimpulse vom Datenverarbeitungs- und Positionierungsgerät stammen.

8. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pflegegerät die aufgezeichneten Daten der Pflan­ zenpositionen und/oder des zurückgelegten Weges des Sä- oder Pflanzgerätes zur eigenen Navigation des Fahrzeugs (Geräteträger, Selbstfahrer, Traktor o. ä.) nutzt.

9. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflege­ geräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung zur Führung von Erntemaschinen und Erntehilfen genutzt werden können.

10. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Führung einer Bodenbe­ probung und gezielten variablen Düngerausbringung der Einzel­ pflanzen verwendet werden kann.

11. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Selbstfahrer oder Roboter oder von einem Traktor gezogen, auf oder angebaut ausgebildet sein kann.

12. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Vorrichtung vom Traktor aus mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch, einzelne Komponenten auch elektrisch, erfolgen kann.

13. Vorrichtung zum pflanzenpositionsbezogenen Steuern von Pflegegeräten und Maschinen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Vorrichtung bei Ausführung als Selbstfahrer mittels Verbrennungsmotor oder elektrisch über Akkus oder aus einer Kombination aus allem erfolgen kann oder mittels Brennstoffzellen.