DE4318798A1 - Automatisch selbstfahrende Arbeitsmaschine zur Bearbeitung von definierten Flächen - Google Patents

Automatisch selbstfahrende Arbeitsmaschine zur Bearbeitung von definierten Flächen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstfahrende Arbeitsmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Fälle, in denen die Bearbeitung von definierten Flächen gewünscht wird, sind zahlreich. Zunächst sei auf den großen Bereich landwirtschaflicher Flächenbearbeitung wie etwa Pflügen und Säen verwiesen oder an die Gartenpflege z. B. das Mähen und Walzen von Rasenflächen. Es ist aber auch an das kehren von mit Hartbelag gedecktem Gelände, Schneepflügen oder Bodenstreichen zu denken. Es ist bereits bekannt, für derartige Flächenbearbeitung Arbeitsmaschinen einzusetzen, die mit in der Regel maschinell angetrieben Vorrichtungen, die geeignet sind, solche Arbeiten während der Fahrt auszuführen. Solche Arbeitsmaschine sind außerdem mit einem Fahrmotor versehen, der die Maschine bewegen kann. Bei den bisher vorhandenen Maschinen dieser Art ist es immer noch erforderlich, daß eine oder mehrere Personen die Fahrt der Maschine steuern oder überwachen müssen, wozu sie in der Regel auf der Arbeitsmaschine mitfahren.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine selbstfahrende Arbeitsmaschine zu entwickeln, die unbeaufsichtigt eine gewünschte Strecke beliebig oft abfahren und dabei maschinenspezifische Arbeiten erledigen kann. Darüber hinaus sollte diese Maschine Hindernisse erkennen und ihnen ausweichen.
Dieses Problem wird durch die in dem Patentanspruch 1 angeführten Kennzeichen gelöst.
Mit Hilfe der genannten Maßnahmen ist es möglich, die Arbeitsmaschine automatisch z. B. eine zu bearbeitende Fläche abfahren zu lassen, ohne daß eine Person die ständige Steuerung übernehmen muß. Eine vorteilhafte Anwendung ist die eines motorgetriebenen Rasenmähers. Gerade daran würde eine große Erleichterung und Zeitersparnis möglich. Vor allem für größere Flächen, wie zum Beispiel Fußballfelder würde es einen Fortschritt darstellen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten wären auch beim Einsatz in der Landwirtschaft gegeben. So könnten Mähdrescher, Traktoren etc. automatisch ihre Strecken abfahren. Diese Routinearbeiten würden zum Beispiel für den Landwirt entfallen. Zeitersparnis und nicht zuletzt auch Geldersparnis wären die Folgen. Somit ist eine solche automatisch fahrende Maschine im Bereich der Landwirtschaft und im Gartenbau eine technische Bereicherung die diese Bereiche effizienter gestaltet.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Anwendung als Rasenmäher, wie unten beschrieben, beschränkt, ihre Funktion läßt sich aber gut an diesem Beispiel erklären:
Die Orientierung der Arbeitsmaschine erfolgt durch Sensoren. Dadurch kann das Gerät von äußeren Orientierungs- und Steuersignalen völlig unabhängig sein und damit universell einsetzbar. Der automatische Rasenmäher verfügt über Sensoren zur Unterscheidung zwischen der Grasfläche und anderen Bodenbeschaffenheiten. Weiterhin verfügt er über ein Entfernungsmeßgerät, das auf Ultraschall, Laser, Infrarot oder anderen elektromagnetischen Wellen basieren kann und auf Hindernisse reagiert. Das Entfernungsmeßgerät ist vertikal und horizontal bewegbar, um Hindernisse anvisieren und lokalisieren zu können. Zur weiteren Sicherung können berührungsabhängige Sensoren verwendet werden, die Schutz in allen Richtungen bedeuten.
Es kann ferner von Vorteil sein, ein auf die zu überfahrende Fläche abgestimmtes Grundprogramm zu erstellen, nach dem sich die Arbeitsmaschine bewegen soll. Diesem wäre dann die sensorbeeinflußte Signalauswertung zu überlagern, in der Regel mit Vorrang. Das Grundprogramm kann durch einfaches manuelles Abfahren der Arbeitsfläche erstellt und gespeichert werden. Es würde dann aufgerufen, wenn dieselbe Fläche erneut - und dann automatisch - abgefahren werden soll. Sensorbeeinflußte Signale würden dann zusätzlich die Bearbeitung optimieren und die Maschine vor Beschädigungen schützen.
Das einmal eingegebene Grundprogramm kann gespeichert und bei erneuter Anwendung für diese Fläche aufgerufen werden. Das kann z. B. bei wiederholtem Rasenmähen sein. Es ist aber auch denkbar, dasselbe Programm zu variieren, etwa um ein Pflügeprogramm zum Ernten derselben Fläche zu verwenden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Aufstellung von speziellen Markierungen, die der Sensor erkennen und daraus Informationen wie etwa die Grenzen des Feldes oder des beabsichtigten Tagewerkes entnehmen kann. Solche Informationen können aber statt dessen auch in das Grundprogramm eingegeben werden.
Eine sehr moderne Anwendung der Erfindung ist durch Nutzung von satellitenunterstützten Navigationssystemen wie sie für die Seefahrt bereits installiert sind, durchaus vorstellbar.
Der Antrieb erfolgt normalerweise durch Elektromotoren, wobei die zurückgelegte Strecke mit einem Umdrehungszähler zur weiteren Verarbeitung registriert wird. Sollten die Umdrehungen der Antriebsräder nicht gleich sein, so führt die Automatik eine Korrektur durch. Der durch die Automatik ausgelöste Lenkvorgang erfolgt auf mehrere, mit Vorteil auf alle vier Räder, wobei diese jeweils auf 360 Grad angelenkt werden können.
Um die Spannungsversorgung zu gewährleisten, kann bei einem netzunabhängigen Rasenmäher ein Generator in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor geschaltet sein. Damit der Ablauf auch bei Motorstillstand gewährleistet ist, ist ein Akkumulator zur Pufferung zweckmäßig.
Die Erfindung wird an Hand der Figur weiter erläutert und beschrieben.
Diese Fig. zeigt das Fahrgestell 1 auf dem sich der Antriebsmotor 2 befindet, der direkt oder indirekt mindestens eines der Räder 7 antreibt. Alle benötigte Energie wird hier einer Stromversorgung 11 entnommen. Die Arbeitsmaschine weist mindestens einen Sensor 5, 5′ auf, der dazu dient, Abtastsignale zu empfangen. Dadurch werden im wesentlichen Richtung und Entfernung von natürlichen oder künstlichen Geländemerkmalen 9 bzw. 8, 8′ festgestellt. Derartige Signale können die Reflexion von Wellen sein, die ein auf der Arbeitsmaschine mitfahrender Strahlenemitter 4 aussendet. Es kann aber auch ein fest stehender Emitter 8 da sein, z. B. um schlecht erkennbare Feldgrenzen zu kennzeichnen. Eine weitere Möglichkeit zum Erfassen der Geländemerkmale ist in Form eines einfachen mitfahrende Grünsensors 5′ gezeigt, der in Fahrtrichtung gesehen vorne am Rand der Arbeitsmaschine die Grünanteile im vom Boden des Feldes reflektierten Lichtes feststellen kann.
Die empfangenen Abtastsignale werden in der Signalverarbeitungseinrichtung 6 ausgewertet und dienen der Bewegungssteuerung der Maschine. Die mitfahrende Arbeitsvorrichtung 12 kann an den gewünschten Orten in Funktion gesetzt werden, wozu sie auch von der Signalverarbeitungseinrichtung 6 gesteuert sein kann.
Der Antriebsmotor 2 wird von der Signalverarbeitungseinrichtung 6 gesteuert. Nicht gezeichnet aber denkbar ist auch eine ansteuerbare Bremse. Zur Richtungskontrolle während der Fahrt ist eine Fahrsteuerung 3 vorhanden, wie sie in vielen Varianten aus dem Fahrzeugbau als Lenkung bekannt ist. Die hier verwendete wird durch aus der Signalverarbeitungseinrichtung 6 stammende Signale servogesteuert.
Wird, wie bereits beschrieben, ein Flächenbearbeitungsprogramm als Grundprogramm verwendet, so kann die Fahrbewegung eines Rades rechnerisch aufintegriert werden, um den zurückgelegten Weg in der von der Fahrsteuerung eingestellten Richtung zu ermitteln.
Die hier gezeigte Arbeitsmaschine mit nur einem angetriebenen und zwei gleichsinng und nur eingeschränkt gelenkten Rädern ist zwar einfach aufgebaut, leichter und genauer manoevrierbar sind aber Ausführungen, bei denen mehr oder gar alle Räder unabhängig voneinander lenk- und antreibbar sind. Das ist eine Frage des Aufwandes und der Anforderungen.
Es sind auch im Aussehen wesentlich von der Figur abweichende Maschinen zur Ausführung der Erfindung vorstellbar. Sie könnten z. B. auch für den Einsatz in Wohnräumen dimensioniert sein, wie etwa ein automatisch fahrender Wohnungsstaubsauger.

Claims (18)

1. Fahrbare Arbeitsmaschine zur Bearbeitung von definierten Flächen, mit einem Fahrgestell (1), mindestens einem Antriebsmotor (2), mindestens einer Fahrsteuerung (3) und mit mindestens einer im wesentlichen zur Bearbeitung der durch die Fahrbewegung erreichten Fläche bestimmten Arbeitsvorrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine mindestens einen Sensor (5, 5′) oder dergl. zur Abtastung von Geländemerkmalen oder Markierungen aufweist sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung (6), und daß die Signalverarbeitungseinrichtung die Abtast-Signale derart ausgewertet der Fahrsteuerung (3) zuleiten kann, daß die Arbeitsmaschine automatisch gesteuert die gewünschte Strecke beliebig oft abfährt und maschinen-spezifische Arbeiten verrichtet.
2. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlen-Emitter vorhanden ist und daß von diesem ausgesandte und reflekierte Strahlen vom Sensor (5, 5′) empfangen werden können.
3. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlen-Emitter (4) auf der Arbeitsmaschine montiert ist.
4. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sensor (5) oder dergl. zur Abtastung sowohl senkrecht als auch waagerecht ausgerichtet werden kann.
5. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ausrichtung der Abtastung nach einem Programm gesteuert werden kann.
6. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (6) eine Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (6′) enthält, die ein Flächenbearbeitungsprogramm zusammen mit den Abtastsignalen auswerten und der Fahrsteuerung (3) zuleiten kann.
7. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenbearbeitungsprogramm flächenspezifisch bei einem manuell gesteuerten Abfahren der Arbeitsfläche erstellt und abgespeichert werden kann.
8. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 5′) die natürlichen Strukturen des Geländes (9) aufnehmen kann.
9. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 5′) die von unterschiedlichem Bewuchs herrührenden Strukturen erfassen kann.
10. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 5′) selbsttätig Hindernisse (9) des Geländes erkennen und ein Ausweichen der Arbeitsmaschine veranlassen kann.
11. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 5′) die von der bereits erfolgten Bearbeitung herrührenden Veränderungen erfassen kann.
12. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5, 5′) speziell zu diesem Zweck aufgestellte Markierungen (8, 8′) im Geländes feststellen kann.
13. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalspeicherelement vorhanden ist, das die Wiederholung der einmal eingegebenen oder erfaßten Fahrstrecke veranlassen kann.
14. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (4) einen Ultraschallstrahl aussenden und daß seine Reflexion zur Erkennung der Geländemerkmale ausgewertet werden kann.
15. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (4) einen Laser-Strahl aussenden und daß seine Reflexion zur Erkennung der Geländemerkmale ausgewertet werden kann.
16. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (4) einen Infrarot-Strahl aussenden und daß seine Reflexion zur Erkennung der Geländemerkmale ausgewertet werden kann.
17. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Fahrgestell mit Rädern (7) aufweist, bei dem alle Räder um 360 Grad angelenkt werden können und jedes dieser Räder einzeln angetrieben werden kann.
18. Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (6) ein auf die Arbeitsvorrichtung (12) abgestimmtes Programm zum flächendeckenden Abfahren eines gewünschten Arbeitsbereiches ausführen kann.
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