DE3507570A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen lenkung eines fahrzeuges, insbesondere eines landwirtschaftlichen fahrzeuges, entlang eines in fahrtrichtung orientierten musters - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur automatischen
• Lenkung eines Fahrzeuges, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges, entlang eines in Fahrtrichtung orientierten Musters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Lenkung eines Fahrzeuges, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges, entlang eines in Fahrtrichtung orientierten Musters. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur automatischen Lenkung eines Fahrzeuges gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2.
• In der Landwirtschaft ist es bekannt, Schlepper mit Hilfe von Tastern mit Drehwinkelgebern, die beispielsweise an einem Roder befestigt sind und Rübenreihen abtasten, automatisch zu lenken. Die vom Drehwinkelgeber des Tasters erzeugten Signale werden mit den Signalen eines Drehwinkelgebers am Achsschenkel der Lenkachse des Schleppers in einer elektrischen Schaltung verglichen, die entsprechende Signale auf ein Magnetventil überträgt. Das Magnetventil steuert den Ölstrom zu den Lenkzylindern und führt je nach Vergleichsergebnis die entsprechende Lenkkorrektur durch.
• Eine solche automatische Lenkeinrichtung ist aber nur bei Reihen mit großen, stärkeren Pflanzen einsetzbar. Sie versagt bei kleinen, schwachen Pflanzen und auch bei kleinen Furchen sowie ebenflächigen Markierungen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Lenkung eines Fahrzeugs anzugeben, mit denen eine automatische Lenkung auch bei in Reihen gepflanzten kleinen, schwachen Pflanzen, kleinen Furchen und ebenflächigen Markierungen möglich ist.
• Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die Ausbildung gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig gemäß Ausbildung des Kennzeichens des Anspruchs 2 gelöst.
• Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgaben lösungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, anhand eines vor Beginn der Fahrt oder bei Beginn der Fahrt bei etwa mit dem Muster ausgerichtetem Fahrzeug aufgenommenen Musterbildes, das als Referenzbild dient, durch Vergleich mit während der Fahrt aufgenommenen Bildern die Fahrspur des Fahrzeuges genau einzuhalten. Mit Hilfe der Erfindung wird jede von der anfänglich erkannten Fahrspur abweichende Fahrtrichtung oder Spur erkannt und durch Erzeugung von entsprechenden Lenkkorrektursignalen korrigiert. Änderungen innerhalb des in Fahrtrichtung orientierten Musters wirken sich nicht aus, solange das Muster nicht über eine längere Strecke völlig abreißt. Die Unterbrechung des Musters darf nicht größer als etwa ein Viertel der Bilddiagonale sein. Als Orientierungsmuster sind beispielsweise Feldränder, Pflanzenreihen, künstlich gezogene optische Linien o.ä. geeignet.
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
• Es zeigen die Fig. 1 bis 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 6 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Die Fig. 1 und 6 zeigen einen Schlepper 2, der einen Roder 4 zum Roden von in Reihen 6, 6', 6" gepflanzten Rüben zieht. Auf dem Schlepper ist eine Aufnahmekamera 8 fest installiert, die periodisch Bilder vom vor dem Schlepper befindlichen Teil eines Feldes 10 liefert. Die Kamera 8 ist schräg unter einem bestimmten Winkel zur FahrzeuglAngsachse ausgerichtet zur Erfassung mehrerer der Reihen 6, 6', 6''. Die Bildsignale der Kamera werden einer elektronischen Einrichtung 12 zur Bildverarbeitung, beispielsweise einem entsprechend eingerichteten Computer, zugeführt. Diese Einrichtung 12 ermittelt den Verlauf der Reihen bzw. des in Fahrtrichtung orientierten Musters und erzeugt an dem Reihenverlauf bzw. Musterverlauf orientierte Steuersignale zur Steuerung der Lenkung des Schleppers. Die Einrichtung muß in der Lage sein, die ständigen Anderungen des Musters so zu verarbeiten, daß der Schlepper nicht vom vorgesehenen Fahrtweg abkommt. Voraussetzung ist hier allerdings, daß das Muster nicht über eine Strecke völlig abreißt, die übertragen etwa ein Viertel der Bilddiaqonale übersteigt.
• Im einzelnen arbeitet das Verfahren bzw. die Vorrichtung wie folgt: Nachdem der Schlepper etwa in Richtung des Musters anfänglich ausgerichtet worden ist, wird von der Kamera das erste Bild aufgenommen, das in einem Arbeitsspeicher der Einrichtung 12 bzw. des Computers abgelegt wird. Ein solches Bild 14 ist schematisch in der Fig. 2 dargestellt.
• Dieses Bild 14 stellt ein Muster von bestimmten unterschiedlichen Grauwerten dar. Auf das Bild bzw. das Grauwertmuster wird eine Maske 16 etwa in Form eines Vollkreises, vorzugsweise in Form eines Kreisausschnittes oder zweier gegenüberliegender symmetrischer Kreisausschnitte, mit vorgegebenem Zentrierwinkel gelegt, vgl. Fig. 3. Die Maske weist mehrere radiale Linien oder Schlitze 18 auf und stellt somit einen Steigungsbereich dar, in dem jede Radiallinie eine andere Steigung bedeutet. Sie ist mit ihrem Zentrum 20 entlang einer vorgegebenen Ausgangspunktlinie 22 verschieb- bar. Die Ausgangspunktlinie 22 liegt vorzugsweise mittig und horizontal im Bild bzw. dem aufgenommenen Grauwertmuster.
• Die Grauwerte werden jetzt entlang den Radiallinien 18 in einer ersten Maskenposition auf der Ausgangspunktlinie bestimmt, und es wird dann der vorherrschende Grauwertbereich und dessen Häufigkeit auf der jeweiligen Radiallinie ermittelt. Dieser Grauwertbereich und seine Häufigkeit werden in einem zugeordneten Speicherbereich abgelegt. Dieser Vorgang erfolgt für sämtliche Radiallinien der Maske.
• Aus dem gespeicherten Grauwertbereich und deren Häufigkeit in Verbindung mit den zugeordneten Radiallinien der Maske wird der vorherrschende Steioungsbereich dieser Radiallinien bestimmt und wird die mittlere Steigung dieses Steigungsbereiches ermittelt und gespeichert. Dieser Vorgang wiederholt sich fortschreitend für die Punkte der Ausgangspunktlinie entweder für alle diese Punkte oder bis zu einer vorgebbaren Mindestzahl. Aus den jeweils ermittelten mittleren Steigungen wird die vorherrschende Steigung bestimmt, die den Sollwert für die Fahrtrichtung angibt. Die Steigungen werden relativ zur Ausgangspunktlinie oder einem Bildkoordinatensystem bestimmt.
• Es wird dann auf das Bild bzw. das Grauwertmuster eine weitere Maske 24 projiziert bzw. gelegt, die mehrere parallele Linien 26 mit der ermittelten mittleren Steigung aufweist, die durch die Punkte der Ausgangspunktlinie führen, vgl.
• Fig. 4. Für jede dieser Linien wird dann der Durchschnittsgrauwert bestimmt und in einem Referenz-Grauwertspeicher abgelegt.
• Im Fahrbetrieb des Schleppers 2 liefert die Kamera 8 nun periodisch Bilder von dem vor dem Schlepper befindlichen Feld 10. Diese Bilder in Form von Grauwertmustern werden mit Hilfe der weiteren Maske 24 hinsichtlich der Durchschnittsgrauwerte der Linien bzw. Schlitze dieser Maske ausgewertet.
• Die ermittelten Durchschnittsgrauwerte werden in einem gesonderten Speicher abgelegt und mit den Durchschnittsgrauwerten des Referenz-Grauwertspeichers verglichen, vgl.
• Fig. 5.
• Eine Verschiebung der laufend gemessenen Durchschnittsgrauwertverläufe gegenüber dem Referenz-Durchschnittsgrauwertverlauf bedeutet eine änderung der Fahrspur des Schleppers. Diese Änderung wird in einer Vergleichseinrichtung festgestellt, die ein der Abweichung proporticnales Lenkkorrektursignal erzeugt, das zur Korrektur der Fahrtrichtung einer Lenkeinrichtung 28 des Schleppers 2 zugeführt wird.
• Anstelle des Grauwertes ist es auch möglich, die Farbwerte auszuwerten, wenn anstelle einer Schwarz-Weiß-Kamera eine Farbkamera eingesetzt wird.
• Die von den Lenkkorrektursignalen gespeiste Lenkt in richtung 28 des Schleppers besteht vorzugsweise aus einem elektrischen Stellmotor 30, der ein mit der Lenksäule 32 oder dem Lenkgestänge des Schleppers zusammenwirkendes Zahnradgetriebe 34 antreibt, vgl. Fig. 6.
• Das Lenkkorrektursignal kann auch zur unmittelbaren Beeinflussung des Druckes in den Lenkzylindern einer hydraulischen Lenkeinrichtung benutzt werden.
• Die größte korrigierbare Abweichung darf nicht mehr betragen als der halbe Abstand der zur Orientierung dienenden Linien.
• - Leerseite -

Claims (5)

1. Ansprüche 1. Verfahren zur automatischen Lenkung eines Fahrzeuges, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges, entlang eines in Fahrtrichtung orientierten Musters, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Verfahrensschritte - Aufnahme von Bildern von dem vor dem Fahrzeug befindlichen Muster, - Bestimmung der Grauwerte eines ersten Musterbildes in Richtung vorgegebener, von mehreren Ausgangspunkten sternförmig ausgehender, über das Musterbild gelegter Linien unterschiedlicher Steigung innerhalb eines Steigungsbereiches, - Ermittlung des vorherrschenden Grauwertbereiches und dessen Häufigkeit für jede durch die Ausgangspunkte gehende Linie sowie der zugeordneten vorherrschenden Linien-Steigungsbereiche, - Ermittlung der mittleren Steigung als Soll-Fahrtrichtung aus dem vorherrschenden Linien-Steigungsbereich des ersten Musterbildes, - Bestimmung der Grauwerte des ersten Musterbildes für durch die Ausgangspunkte gelegte Parallellinien mit der mittleren Steigung und Ermittlung des Durchschnittsgrauwertes jeder Parallellinie als Referenzwert, - Bestimmung der Grauwerte der folgenden beim Fahren aufgenommenen Musterbilder entlang von durch die Ausgangspunkte gelegten Parallellinien mit der mittleren Steigung und Ermittlung des Durchschnittsgrauwertes für jede Parallellinie, - Vergleich des Verlaufes der Durchschnittsgrauwerte der weiteren Musterbilder mit den Referenzwerten des ersten Musterbildes und - Erzeugung eines Lenkkorrektursignales zur Korrektur des Lenkausschlags und damit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Abweichung der laufend gemessenen Durchschnittsgrauwertverläufe vom Referenzdurchschnittsgrauwertverlauf.
2. 2. Vorrichtung zur automatischen Lenkung eines Fahrzeuges, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges, entlang eines in Fahrtrichtung orientierten Musters eines Feldes, mit einer auf dem Fahrzeug fest montierten Kamera, die unter einem bestimmten Winkel zur Fahrtrichtung angeordnet ist, die laufend Bilder des jeweils vor dem Fahrzeug befindlichen Musters des Feldes aufnimmt und die Bildsignale an eine Auswerteeinrichtung zur Speicherung des Musterbildes und zur Ermittlung der Musterrichtung und zur Erzeugung von Lenkkorrektursignalen bei Abweichung der aktuellen Fahrtrichtung von der Musterrichtung abgibt, g e k e n n z e i c h n e t durch - eine auf das Musterbild projizierbare bzw. legbare Maske (16), die die Form eines Vollkreises, eines Kreisausschnittes oder zweier gegenüberliegender symmetrischer Kreisausschnitte mit vorgebbarem Zentrierwinkel hat, mehrere radiale Linien (18) bzw.Schlitze aufweist und mit ihrem Zentrum (20) entlang einer vorgegebenen Ausgangspunktlinie (22) parallel verschiebbar ist, - eine Einrichtung zur Messung der Grauwerte der Muster entlang den Radiallinien (18) in den verschiedenen entlang der Ausgangspunktlinie parallel verschobenen Maskenpositionen, - eine Einrichtung zur Feststellung des vorherrschenden Grauwertbereiches und dessen Häufigkeit auf jeder Radiallinie für die Maskenpositionen entlang der Ausgangspunktlinie, - eine Einrichtung zur Ermittlung der vorherrschenden, die Fahrtrichtung anzeigenden Radiallinien und zur Bestimmung des Durchschnittsgrauwertes entlang jeder dieser Radiallinien, - eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der die Fahrtrichtung anzeigenden Radiallinien und der zugeordneten Durchschnittsgrauwerte eines ersten Musterbildes mit den entsprechenden Werten der während der Fahrt des Fahrzeuges aufgenommenen weiteren Musterbilder und zur Erzeugung von Lenkkorrektursignalen bei Abweichung der Vergleichswerte voneinander, und - eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Lenkung des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Lenkkorrektursignal.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ausgangspunktlinie eine horizontale Linie im Musterbild ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, g e k e n n z e i c h -net durch - eine Einrichtung zur Ermittlung des vorherrschenden Steigungsbereiches aller Radiallinien relativ zur Ausgangspunktlinie oder zu einem Musterbild-Koordinatensystem aus den gemessenen vorherrschenden Grauwertbereichen und deren Häufigkeit für mehrere oder sämtliche Maskenpositionen entlang der Ausgangspunktlinie, - eine Einrichtung zur Ermittlung der mittleren Steigung jedes Steigungsbereiches für jede Maskenposition, - eine Einrichtung zur Ermittlung der mittleren Steigung als Maß für die Soll-Fahrtrichtung aus den mittleren Steigungen der Steigungsbereiche, - eine weitere auf das Musterbild projizierbare bzw.

   legbare Maske (24), die mehrere durch die Punkte der Ausgangspunktlinie (22) gehende Parallellinien (26) aufweist, deren Steiaunq relativ zur Ausgangspunktlinie oder zum Koordinatensystem der gemittelten Steigung entspricht, - eine Einrichtung zur Ermittlung der Durchschnittsgrauwerte entlang diesen Parallellinien (26), und - eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der als Referenzwerte dienenden Durchs w ittsgrauwerte der Parallellinien (26) eines ersten Musterbildes mit den entsprechenden Ist-Durchschnittsgrauwerten entsprechend der Parallellinien von Folgebildern zur Erzeugung von Lenkkorrektursignalen bei Abweichung der Ist-Durchschnittsgrauwerte von den Referenz-Durchschnittsgrauwerten.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die den Radiallinien zugeordneten ermittelten Grauwertbereichen und deren Häufigkeiten, für die ermittelten mittleren Steigungswerte, für die als Referenzwerte dienenden Durchschnittsgrauwerte und für die Ist-Durchschnittsgrauwerte zugeordnete Speicher eines Computers vorgesehen sind, der zur Ermittlung der Grauwerte, Grauwertbereiche, Steigungsbereiche, mittleren Steigungen, der gemittelten Steigung, Referenz-Durchschnittsgrauwerte, Ist-Durchschnittsgrauwerte sowie zur Erzeugung der Lenkkorrektursignale eingerichtet ist.