WO2020165061A1

WO2020165061A1 - Sichere autonome landmaschine

Info

Publication number: WO2020165061A1
Application number: PCT/EP2020/053239
Authority: WO
Inventors: Zhihu Chen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: CN113396340A; DE102019202040B4; CN113396340B; DE102019202040A1; US12048262B2; US20220159897A1

Abstract

Ein System (100) umfasst eine autonom fahrende Landmaschine (105) und eine Reihe von Umsetzern (120), die entlang einer Begrenzung (115) einer landwirtschaftlichen Anbaufläche (110) angebracht sind. Ein Umsetzer (120) ist dazu eingerichtet, in Antwort auf ein eintreffendes erstes Signal ein zweites Signal auszusenden. Die autonom fahrende Landmaschine (105) umfasst eine Sendevorrichtung (130) zur Aussendung des ersten Signals in einem Umfeld der Landmaschine (105), eine Empfangsvorrichtung (135) zum Empfangen des in Antwort auf das erste Signal ausgesandten zweiten Signals, und eine Verarbeitungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position der Landmaschine (105) bezüglich der Begrenzung (115) auf der Basis des empfangenen zweiten Signals zu bestimmen. Dabei sind eine Anordnung und/oder eine Umsetzungscharakteristik von Umsetzern (120) an einem ersten Abschnitt (150) der Begrenzung (115) anders als an einem zweiten Abschnitt (155) der Begrenzung (115) gestaltet.

Description

Sichere autonome Landmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein autonomes landwirtschaftliches Gerät. Insbe sondere betrifft die Erfindung die Steuerung einer autonom fahrbaren Landmaschine.

Im modernen Ackerbau werden autonom fahrende Landmaschinen eingesetzt, um Pflanzen zu säen, zu pflegen oder zu ernten. Beispielsweise kann ein automatischer Mähdrescher ein Getreidefeld weitgehend autonom abernten. Dabei lenkt er automa tisch und fährt exakt an einer Schnittkante des Getreides entlang. Ein autonomer Traktor kann den Mähdrescher begleiten und geerntetes Getreide kontinuierlich in einem Anhänger aufnehmen.

Anders als ein autonomes Kraftfahrzeug im öffentlichen Straßenverkehr muss eine autonome Landmaschine üblicherweise nicht mit anderen Fahrzeugen oder Ver kehrsteilnehmern rechnen, und auch Verkehrsregeln sind üblicherweise nicht rele vant. Andererseits können Hindernisse auftreten, etwa ein Graben, ein Schlagloch oder ein Abhang, mit denen im öffentlichen Straßenverkehr nicht gerechnet werden muss. Außerdem muss die Steuerung der Landmaschine in Abhängigkeit einer land wirtschaftlichen Funktion erfolgen, die beispielsweise die Bearbeitung angebauter Pflanzen betrifft. Es ist dafür zu sorgen, dass die autonome Landmaschine nicht oh ne Weiteres eine vorbestimmte landwirtschaftliche Anbaufläche verlässt.

Um dies sicherzustellen wird üblicherweise eine absolute Position der Landmaschine bestimmt und mit einem vorbestimmten geographischen Gebiet verglichen, in dem sie operieren soll („Geofencing“). Besteht die Gefahr eines Verlassens des Gebiets durch die Landmaschine, so kann sie umgelenkt oder angehalten werden. Die Zuver lässigkeit dieses Ansatzes ist in erster Linie abhängig von einer korrekten Positions bestimmung. Wird dafür ein Globales Navigationssystem auf Satellitenbasis (GNSS) verwendet, so können Störungen oder systematische Fehler zu einer falsch bestimm ten Position führen. Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei Abschattung eines Signalwegs, kann die Positionsbestimmung vollständig ausfallen. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zum sicheren Betreiben einer autonom fahrbaren Land maschine. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhän gigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein System eine autonom fahrende Landmaschine und eine Reihe von Umsetzern, die entlang einer Begrenzung einer landwirtschaftlichen Anbaufläche angebracht sind. Ein Umsetzer ist dazu eingerich tet, in Antwort auf ein eintreffendes erstes Signal ein zweites Signal auszusenden.

Die autonom fahrende Landmaschine umfasst eine Sendevorrichtung zur Aussen dung des ersten Signals in einem Umfeld der Landmaschine, eine Empfangsvorrich tung zum Empfangen des in Antwort auf das erste Signal ausgesandten zweiten Sig nals, und eine Verarbeitungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position der Landmaschine bezüglich der Begrenzung auf der Basis des empfangenen zweiten Signals zu bestimmen. Dabei sind eine Anordnung und/oder eine Umsetzungscha rakteristik von Umsetzern an einem ersten Abschnitt der Begrenzung anders als an einem zweiten Abschnitt der Begrenzung gestaltet.

Eine Annäherung der Landmaschine an die Begrenzung stellt im Allgemeinen eine Information dar, aus der die Position der Landmaschine noch nicht eindeutig be stimmt werden kann. In üblichen Systemen sind die Umsetzer meist uniform ausge führt und äquidistant angeordnet, sodass sie keine weitere Aussage über die Position der Landmaschine erlauben. Durch die gewählte Anordnung und/oder Umsetzungs charakteristik kann über die Existenz des Umsetzers in einem Abtastbereich hinaus eine zusätzliche Information bereitgestellt werden. Unterschiedliche Abschnitte der Begrenzung können dadurch unterscheidbar sein. Die Landmaschine kann auch in Abhängigkeit eines bestimmten Abschnitts gesteuert werden. So kann beispielsweise eine besondere Stelle der Begrenzung gekennzeichnet sein, etwa ein Start- oder Endpunkt für eine autonome Fahrt. Bei Annäherung an den Start- oder Endpunkt kann die Landmaschine beispielsweise anhalten, bei Annäherung an die restliche Begrenzung hingegen ihren Kurs ändern. Das System ist nicht auf das Empfangen von Signalen eines satellitengestützen Na vigationssystems wie GPS, GLONASS oder GALILEO angewiesen. Durch die Um setzer kann auch unter schwierigen Empfangsbedingungen für Satellitensignale si chergestellt sein, dass die Landmaschine die Anbaufläche nicht verlässt. Eine Si cherheit der Landmaschine, einer Umgebung der Anbaufläche, einer Person oder eines Gegenstands außerhalb der Anbaufläche können dadurch verbessert sein. Die durch die Anordnung und/oder Gestaltung der Umsetzer bereitgestellte zusätzliche Positionsinformation kann für eine erste Näherung der Position benutzt oder mit an deren Informationen fusioniert werden, um die Position der Landmaschine genauer oder sicherer zu bestimmen. Die Landmaschine kann an den unterschiedlichen Ab schnitten unterschiedlich auf die Begrenzung reagieren.

Die Umsetzungscharakteristik betrifft bevorzugt die Stärke des zweiten Signals im Verhältnis zum ersten Signal. Handelt es sich beim Umsetzer um einen Reflektor, so kann dieser eine vorbestimmte Form oder Größe aufweisen, um das zweite Signal entsprechend stärker oder weniger stark auszusenden. Handelt es sich bei dem Um setzer um einen Transponder, so kann dieser auch eine Frequenz, eine Modulation oder eine auf das zweite Signal aufgeprägte Nachricht verändern, um eine charakte ristische Information bereitzustellen, die dem Umsetzer zugeordnet ist. Eine Zuord nung zwischen einem Umsetzer und seiner Position kann seitens der Landmaschine bekannt sein.

Die Umsetzungscharakteristik kann von der Art des ersten Signals abhängig sein. Beispielsweise kann ein Umsetzer sichtbares Licht, infrarotes Licht und Radarsignale unterschiedlich in ein zweites Signal umsetzen. Andere Arten von Signalen sind ebenfalls möglich. Für n unterschiedliche Arten des ersten Signals können gleichviele zweite Signale ausgesandt und so bis zu 2ⁿ Umsetzer voneinander unterschieden werden. Dazu kann der Umsetzer auch eine Kombination mehrerer einzelner Umset zer sein, die jeweils einer Art des ersten Signals zugeordnet sind.

Die Anordnung kann einen Abstand eines Umsetzers von einem benachbarten Um setzer betreffen. Beispielsweise kann ein Abstand jeweils benachbarter Umsetzer entlang der Begrenzung streng monoton ansteigen, sodass ein bestimmter Abstand zwischen zwei Umsetzern auf eine Position entlang der Begrenzung hinweisen kann. Diese Bestimmung ist bereits möglich, falls die Abstände benachbarter Umsetzer paarweise voneinander verschieden sind. Eine Abfolgen von Abständen entlang der Begrenzung kann beliebig gewählt werden.

Die Anordnung kann auch eine vertikale Höhe eines Umsetzers betreffen, insbeson dere gegenüber einer definierten Höhe oder einem Untergrund. Einer Höhe kann ei ne vorbestimmte Position eines Umsetzers zugeordnet sein, sodass die Position der Landmaschine bereits durch das Bestimmen der Höhe eines einzigen Umsetzers bestimmt werden kann.

In noch einer weiteren Ausführungsform sind an wenigstens einem Ort entlang der Begrenzung mehrere Umsetzer vertikal versetzt angeordnet. Diese Variante kann mit anderen hierin beschriebenen Varianten gut kombiniert werden. Eine horizontale Po sition der Umsetzer kann durch Kombination der von den vertikal versetzten Umset zern bereitgestellten Informationen verbessert bestimmt werden.

Das erste Signal umfasst bevorzugt eine elektromagnetische Welle. Die Welle kann in einem vorbestimmten Frequenzbereich liegen und beispielsweise sichtbares Licht, Infrarotlicht oder ein Radarsignal umfassen. In einer ersten Variante ist der Umsetzer als Reflektor ausgebildet und das zweite Signal entspricht im Wesentlichen dem ers ten. Der Reflektor kann einfach, robust und kostengünstig aufgebaut sein und keine eigene Energieversorgung benötigen. In einer zweiten Variante umfassen das erste und das zweite Signal voneinander verschiedene elektromagnetische Wellen und der Umsetzer ist als Transponder ausgebildet. Beispielsweise kann der Umsetzer mittels RFID- oder NFC-Technik realisiert sein. Dabei kann der Umsetzer eine eigene Ener gieversorgung haben oder aus Energie des ersten Signals gespeist werden. Es ist besonders bevorzugt, dass das zweite Signal eine eindeutige Identifikation des Transponders trägt. Identifikationen der Umsetzer können jeweils einer Position zu geordnet sein, sodass in Kenntnis seiner Identifikation die Position des Umsetzers bestimmt werden kann. Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Landmaschine bezüglich einer Begrenzung einer landwirtschaftlichen Anbaufläche bereitgestellt. Entlang der Begrenzung ist eine Reihe von Umsetzern angebracht, wobei ein Umsetzer dazu eingerichtet ist, in Antwort auf ein eintreffen des erstes Signal ein zweites Signal auszusenden. Das Verfahren umfasst bevorzugt Schritte des Aussendens wenigstens eines ersten Signals in einem Umfeld der Landmaschine; des Empfangens wenigstens eines zweiten Signals, das in Antwort auf das wenigstens eine erste Signal ausgesandt wurde; und des Bestimmens der Position auf der Basis des wenigstens einen empfangenen zweiten Signals.

Das Verfahren kann insbesondere an Bord einer hierin beschriebenen Landmaschi ne durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass in einer ersten Variante nur ein erstes Signal ausgesandt wird, in dessen Antwort keines, eines oder mehrere zweite Signale empfangen werden können. In einer zweiten Variante werden mehrere erste Signale ausgesandt, in deren Antwort ebenfalls keines, eines oder mehrere zweite Signale empfangen werden können.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst eine Steuervorrichtung für eine Landmaschine, die zum autonomen Fahren auf einer landwirtschaftlichen Anbauflä che eingerichtet ist, eine Sendevorrichtung zur Aussendung wenigstens eines ersten Signals in einem Umfeld der Landmaschine; eine Empfangsvorrichtung zum Emp fangen mehrerer zweiter Signale, die in Antwort auf das wenigstens eine erste Signal ausgesandt wurden; eine Speichervorrichtung zur Ablage von Positionen von Umset zern des ersten Signals in das zweite Signal entlang der Begrenzung der Anbauflä che; und eine Verarbeitungsvorrichtung. Dabei ist die Verarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, eine Position der Landmaschine bezüglich der Begrenzung auf der Ba sis eines oder mehrerer empfangener zweiter Signale zu bestimmen.

Informationen, die durch Empfangen (oder ausbleibendes Empfangen) eines oder mehrerer zweiter Signale über einen Umsetzer gesammelt werden können, können bevorzugt mittels in der Speichervorrichtung abgelegten Zuordnungen auf eine Posi tion des betreffenden Umsetzers abgebildet werden. Die Verarbeitungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungsvorrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Ver fahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung oder das System übertragen werden oder umgekehrt.

Nach noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Landmaschine eine hierin beschriebene Steuervorrichtung. Dabei ist die Landmaschine bevorzugt dazu eingerichtet, auf der Basis ihrer bestimmten Position ein bevorstehendes Überfahren der Begrenzung zu bestimmen. Daraufhin kann ein entsprechendes Warnsignal be reitgestellt werden. In weiteren Ausgestaltungen kann das Überfahren erlaubt oder verhindert werden.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

Figur 1 ein beispielhaftes System mit einer autonom fahrbaren Landmaschine auf einer Anbaufläche;

Figur 2 verschiedene beispielhafte Arten der Codierung von Positionsinformation in Umsetzer;

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verarbeitungssystems an Bord einer autonom fahrbaren Landmaschine; und

Figur 5 eine Visualisierung von beispielhaften Anwendungen eines Systems darstellt.

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes System 100 mit einer autonom fahrbaren Landma schine 105 auf einer landwirtschaftlichen Anbaufläche 1 10. Die Landmaschine 105 kann insbesondere eine automatische Bearbeitungsmaschine, einen Traktor oder ein Transportfahrzeug umfassen. Die Anbaufläche 1 10 weist eine Begrenzung 1 15 auf, die bevorzugt geschlossen und rechteckig ist, aber auch beliebig anders geformt sein kann. Üblicherweise ist einer Anbaufläche 1 10 ein landwirtschaftliches Gut zugeord net, das praktisch jede anbaubare Pflanze betreffen kann, beispielsweise Getreide, Rüben, Salat, Mais, Beeren oder Obst. Das Gut oder eine Eigenschaft des Guts kann beeinflussen, wie die Landmaschine 105 auf der Anbaufläche 110 gesteuert werden soll. In jedem Fall ist zu verhindern, dass die Landmaschine 105 die Anbaufläche unbeabsichtigt verlässt.

Entlang der Begrenzung 1 15 sind Umsetzer 120 verteilt, wobei bevorzugt ist, dass Abstände zwischen jeweils benachbarten Umsetzern 120 jeweils einen vorbestimm ten Maximalabstand einhalten. An Bord der Landmaschine 105 ist eine Steuervor richtung 125 angebracht, die eine Sendevorrichtung 130, eine Empfangsvorrichtung 135 und eine Verarbeitungsvorrichtung 140 umfasst. Zusätzlich können eine Spei chervorrichtung 145 und/oder eine Positioniereinrichtung 160 vorgesehen sein.

Die Steuervorrichtung 125 ist dazu eingerichtet, mittels der Sendevorrichtung 130 ein erstes Signal auszusenden, das insbesondere eine elektromagnetische Welle um fassen kann. Das erste Signal kann zumindest teilweise in Fahrtrichtung der Land maschine 105 ausgesandt werden. T rifft das erste Signal auf einen der Umsetzer 120, so kann dieser in Antwort darauf ein zweites Signal aussenden, das mittels der Empfangsvorrichtung 135 der Steuervorrichtung 125 empfangen werden kann. Dabei können eine Art, Richtung oder Stärke des zweiten Signals bezüglich des ersten Signals und/oder eine Richtung des zweiten Signals bezüglich der Landmaschine 125 oder ihrer Fahrtrichtung bestimmt werden. Die Richtung kann in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bestimmt werden. Das zweite Signal kann eine Informa tion tragen, insbesondere eine aufmodulierte Nachricht, die ebenfalls ausgewertet werden kann.

Der Maximalabstand zwischen benachbarten Umsetzern 120 kann in Abhängigkeit einer Sendecharakteristik der Sendevorrichtung 130 und/oder einer Empfangscha rakteristik der Empfangsvorrichtung 135 gewählt sein. Der Maximalabstand kann bei spielsweise in Abhängigkeit eines Ausstrahlwinkels der Sendevorrichtung 130 oder eines Empfangswinkels der Empfangsvorrichtung 135 derart bestimmt sein, dass beim Überfahren der Begrenzung 1 15 stets eine vorbestimmte Anzahl Umsetzer 120 für die Steuervorrichtung 125 erfassbar sind.

Die Verarbeitungseinrichtung 140 ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen Umsetzer 120 im Bereich der Landmaschine 105 auf der Basis des ersten und des zweiten Signals zu erfassen. Auf der Basis des erfassten Umsetzers 120 kann die Landma schine 105 eine eigene Position verbessert bestimmen. Die Positionsbestimmung kann beispielsweise zum Abgleichen oder Verbessern eines Odometers, eines Iner tialsystems oder einer anderen Positionsbestimmung verwendet werden. Sollte die Landmaschine 105 im Begriff sein, die Begrenzung 1 15 zu überfahren, so kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden.

Es ist bevorzugt, dass unterschiedliche Abschnitte der Begrenzung 1 15 anhand un terschiedlicher Charakteristika der Umsetzer 120 durch die Steuervorrichtung 125 voneinander unterschieden werden können. Beispielsweise können die Umsetzer 120 als Reflektoren ausgebildet und auf einem ersten Abschnitt 150 kleiner und auf einem zweiten Abschnitt 155 größer sein. Ein Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Signal kann dann im Bereich des ersten Abschnitts 150 größer und im Bereich des zweiten Abschnitts 1 55 kleiner sein, wenn das erste Signal an einem Umsetzer 120 reflektiert wird. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Umsetzer 120 dazu eingerichtet, sein zweites Signal in unterschiedlichen Richtungen unter schiedlich stark auszusenden. Dadurch kann beispielsweise bestimmt werden, auf welcher Seite einer Begrenzung 1 15 sich die Landmaschine 105 befindet.

Figur 2 zeigt verschiedene beispielhafte Arten der Codierung von Positionsinformati on in Umsetzern 120, wobei die genannten Arten auch in Teilen oder vollständig mit einander kombiniert werden können.

Figur 2a zeigt eine erste Variante, in der mehrere Umsetzer 120 an der gleichen ho rizontalen Position angeordnet sind. Dabei sind die Umsetzer 120 für unterschiedli che erste Signale empfänglich. Die im Folgenden erwähnten Signalarten sind rein exemplarisch. Ein erster Umsetzer 120.1 ist in einen Untergrund 205 eingegraben und zur Umset zung von Radarsignalen eingerichtet. Dazu kann für das erste Signal insbesondere eine Radarfrequenz im Mikrowellen-Band verwendet werden, die das erste Signal in den Untergrund 205 bis zu einer vorbestimmten Tiefe durchdringen, in der sich der erste Umsetzer 120.1 maximal befindet.

Ein zweiter Umsetzer 120.2 ist dazu eingerichtet, auf Licht im sichtbaren Bereich zu reagieren. Beispielsweise kann ein optischer Filter verwendet werden, um einen sen sitiven Bereich des Umsetzers 120.2 auf sichtbares Licht einzuschränken. In einer weiteren Ausführungsform kann der Umsetzer 120.1 auch auf eine vorbestimmte Farbe eingeschränkt werden, beispielsweise Rot oder Blau, die an entfernten Enden des sichtbaren Lichtspektrums liegen.

Ein dritter Umsetzer 120.3 ist dazu eingerichtet, auf Licht im infraroten Bereich zu reagieren. Ein vierter Umsetzer 120.4 ist dazu eingerichtet, auf Laserlicht einer vor bestimmten Wellenlänge anzusprechen. Das zweite Signal kann nur dann bereitge stellt werden, wenn das erste Signal eine vorbestimmte Kohärenz aufweist und/oder eine vorbestimmte Bandbreite nicht übersteigt.

Die Umsetzer 120 reagieren jeweils auf ein anderes erstes Signal und stellen bevor zugt auch voneinander unterscheidbare zweite Signale bereit. An unterschiedlichen Positionen entlang der Begrenzung 115 können unterschiedliche Kombinationen der Umsetzer 120 angebracht sein. Wird nach Art des binären Systems ein Umsetzer 120 an einer horizontalen Position vorgesehen oder nicht vorgesehen, können mit vier verschiedenen Umsetzern 120 2⁴ = 16 verschiedene Kombinationen gebildet werden, die an verschiedenen Positionen realisiert werden können. Wird eine Kom bination von Umsetzern 120 an einer Position (gleichzeitig oder nacheinander) mit allen vorgesehenen ersten Signalen angeregt, so kann anhand nachgewiesener oder ausgebliebener zweiter Signale bestimmt werden, um welche Kombination es sich handelt. Der Kombination kann eine Position zugeordnet sein, sodass die Position der Landmaschine 105 verbessert bestimmt werden kann. Für verwendete Kombina tionen können bestimmte Einschränkungen gelten, beispielsweise kann die Kombi nation 0 (ausbleibende zweite Signale von allen Umsetzern 120) ausgeschlossen werden, sie auch auf einen Ort hinweist, an dem gar kein Umsetzer 120 vorgesehen ist, beispielsweise in einiger Entfernung von der Begrenzung 1 15. Es kann auch ge fordert werden, dass eine bestimmte Anzahl Umsetzer 120 an jeder horizontalen Po sition vorgesehen sind, beispielsweise wenigstens zwei oder drei.

In einer weiteren Variante kann auch bestimmt werden, in welcher vertikalen Höhe sich die einzelnen Umsetzer 120 befinden. Werden drei voneinander unterscheidba re vertikale Höhen angenommen, so können die drei überirdischen Umsetzer 120 in 3! = 6 Kombinationen angebracht werden, die anhand ihrer zweiten Signale vonei nander unterschieden werden können.

Figur 2b zeigt eine zweite Variante, bei der Abstände 210 zwischen benachbarten Umsetzern 120 ortsabhängig variiert sind. In der dargestellten Ausführungsform sin ken relative Abstände von links nach rechts streng monoton ab. Einem Abstand kann eine Position entlang der Begrenzung 1 15 zugeordnet sein. Figur 2c zeigt eine dritte Variante, bei der eine Höhe 215 der Umsetzer 120 über dem Untergrund 120 variiert ist. Vorliegend steigt die Höhe 215 von links nach rechts streng monoton an. In den Varianten der Figuren 2b und 2c muss keine monotone Folge der Abstände 210, 215 bestehen, vielmehr kann einem Abstand 210, 215 eine Position zugeordnet sein und aufeinander folgende Abstände 210, 215 können beliebig ausgewählt werden, bei Bedarf auch zufällig.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300. Das Verfahren 300 kann insbesondere mittels der Steuervorrichtung 125 ausgeführt werden und kann zur Po sitionsbestimmung und/oder zur Steuerung der Landmaschine 105 verwendet wer den.

In einem Schritt 305 kann ein erstes Signal im Bereich der Landmaschine 105 aus gesandt werden. In einem darauffolgenden oder parallel dazu ausgeführten Schritt 310 kann ein zweites Signal empfangen werden, das von einem Umsetzer 120 in Antwort auf das erste Signal ausgesandt wurde. In unterschiedlichen Ausführungs formen können mehrere erste Signale nacheinander oder gleichzeitig ausgesandt werden und/oder mehrere zweite Signale nacheinander oder gleichzeitig empfangen werden. In manchen Ausführungsformen kann auch das Ausbleiben eines zweiten Signals in Antwort auf ein ausgesandtes erstes Signal bestimmt werden.

In einem Schritt 315 können für ein zweites Signal eine Stärke, eine horizontale Rich tung (Azimut), eine vertikale Richtung (Elevation), eine Modulation und/oder eine transportierte Information bestimmt werden. Vom Umsetzer 1 20 beeinflusste Sig naleigenschaften können eine Umsetzungscharakteristik des Umsetzers 120 anzei- gen. Richtungsinformationen des zweiten Signals können auf eine Anordnung des Umsetzers 120 entlang der Begrenzung 1 15 hinweisen.

In einem Schritt 320 kann auf der Basis der bestimmten Informationen eine Position der Landmaschine 105 bestimmt werden. Dazu kann bestimmt werden, welche Kombination von Umsetzern 120 sich in einem Erfassungsbereich der Vorrichtungen 130, 135 befindet, und eine der Kombination zugeordnete Position kann bestimmt werden. Auch eine Kombination von bestimmten Charakteristika eines zweiten Sig nals kann einer Position eines Umsetzers 120 zugeordnet sein und beispielsweise durch Nachschlagen in der Speichervorrichtung 145 bestimmt werden.

Die auf der Basis des wenigstens einen zweiten Signals (oder dessen Ausbleiben) bestimmten Informationen können auch extern bereitgestellt werden, um sie bei spielsweise mit anderen Informationen zu vergleichen, zu fusionieren oder zu verifi zieren, etwa um die Position der Landmaschine 105 zu bestimmen.

In einem Schritt 325 kann bestimmt werden, ob sich die Landmaschine 105 im Begriff befindet, die Begrenzung 1 15 zu überfahren. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn ihr Kurs und ihre Geschwindigkeit sie innerhalb einer vorbestimmten Zeit über die Begrenzung 1 15 führen würden. Ein vor dem voraussichtlichen Überfahren ge plantes Manöver der Landmaschine 105, insbesondere bezüglich einer Richtungs oder Geschwindigkeitsänderung, kann bei der Bestimmung berücksichtigt werden.

Die vorbestimmte Zeit kann in Abhängigkeit einer maximalen Erfassungsentfernung der Vorrichtungen 130, 135 gewählt sein. Diese Entfernung beträgt üblicherweise einige Meter, beispielsweise ca. 20m, ca. 10m oder ca. 5m. Sollte das Landfahrzeug 105 im Begriff sein, die Begrenzung 115 zu überfahren, kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden. Das Signal kann an eine Ein richtung übermittelt werden, die eine Bewegung der Landmaschine 105 steuert. Das Signal kann auch an eine Person ausgegeben werden, beispielsweise haptisch, akustisch oder optisch. Weiter kann das Signal eine Geschwindigkeitsverringerung und/oder ein Ausweichmanöver der Landmaschine 105 unmittelbar erzwingen.

Das Verfahren 300 wird bevorzugt kontinuierlich durchlaufen, während das Land fahrzeug 105 autonom auf der Anbaufläche 110 fährt.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verarbeitungssystems 400 an Bord einer autonom fahrbaren Landmaschine 105. Das Verarbeitungssystem 400 ist zum Einsatz an Bord de Landmaschine 105 eingerichtet und kann die Steuervorrich tung 125 ergänzen oder umfassen. Die Darstellung von Figur 4 kann auch als Ab laufdiagramm eines korrespondierenden Verarbeitungsverfahrens verstanden wer den. Einzelne Funktionsblöcke können zusammengefasst oder miteinander integriert werden.

Das Verarbeitungssystem 400 umfasst einen oder mehrere Sensoren 405, wobei einer der Sensoren 405 bevorzugt eine Empfangsvorrichtung 135 umfasst, weiter bevorzugt einschließlich einer zugeordneten Sendevorrichtung 130. Von den Senso ren 405 bereitgestellte Werte können mittels einer Erfassungsvorrichtung 410 verar beitet werden, die wenigstens eines von einer Umsetzungserfassung 415 (vgl. die Verarbeitungsvorrichtung 140), einer Pfaderkennung 420, einer SLAM-Bestimmung 425 und einer Hinderniserkennung 430 umfasst.

Die Umsetzungserfassung 410 führt bevorzugt die Bestimmung von Informationen aus, die aus einem zweiten Signal bestimmt werden können, das in Antwort auf ein ausgesandtes erstes Signal empfangen wird. Die Pfaderkennung 420 bestimmt be vorzugt einen Pfad, auf dem sich die Landmaschine 105 üblicherweise auf der An baufläche 110 bewegt. In der Regel fährt die Landmaschine 105 die Anbaufläche 110 auf einem Kurs ab, der sie - möglichst ökonomisch - an allen angebauten Pflan zen vorbeiführt. Der Kurs ist häufig ein Mäander, insbesondere wenn die Pflanzen im Vergleich zur Landmaschine 105 relativ klein sind. Wird der Pfad mehrmals durch die Landmaschine 105 befahren, beispielsweise zwei- oder dreimal jährlich, so kann der Untergrund 205 in diesem Bereich verdichtet werden, sodass er optisch erkannt wer den kann. Soll die Landmaschine 105 den Pfad erneut abfahren, so kann versucht werden, sich am zuvor befahrenen Pfad zu orientieren.

Die SLAM-Bestimmung 425 führt bevorzugt eine Positionsbestimmung bei gleichzei tiger Kartenerstellung („Simultaneous Localization and Matching“) durch. In einer Ausführungsform werden dabei erfasste Landmarken ausgewertet, deren Positionen oder Konstellationen bekannt sind. Die Hinderniserkennung 430 kann nebenläufig zu den anderen Bestimmungen 415-425 durchgeführt werden, um möglichst jederzeit bestimmen zu können, ob die Landmaschine 105 im Begriff ist, auf ein Hindernis auf zulaufen. Das Hindernis kann beispielsweise einen großen Stein, einen sumpfigen Abschnitt, einen Brunnen, einen Zaun, ein Gebäude, einen Strommasten ein abge stelltes Gerät oder eine Person umfassen. Das Kollidieren mit dem Hindernis kann vermieden werden, um einen Schaden an der Landmaschine 105 oder einen Scha den am Hindernis zu vermeiden. Unterschiedliche Hindernisse können unterschied lich behandelt werden.

Die Erfassungsvorrichtung 410 kann dazu eingerichtet sein, eine Position der Land maschine 105 zu bestimmen. Eine Odometrievorrichtung 415 ist bevorzugt dazu ein gerichtet, eine Position der Landmaschine 105 auf der Basis eines von ihr zurückge legten Wegs zu bestimmen. Der Weg kann beispielsweise mittels eines Drehraten sensors über eine Drehbewegung eines Rads der Landmaschine 105 oder mittels eines Inertialsystems auf der Basis eines Beschleunigungsverlaufs über die Zeit be stimmt werden. Eine mittels der Erfassungsvorrichtung 410 bestimmte Position kann zum Abgleichen der Odometrievorrichtung 435 verwendet werden.

Bestimmungen der Vorrichtungen 415-425 können mit Informationen der Odometrie vorrichtung 435 in einer Fusionierung 440 zusammengeführt werden, um die Position der Landmaschine 105 endgültig zu bestimmen. Bevorzugt kann dazu auch eine ab solute geographische Position berücksichtigt werden, die mittels eines GNSS- Empfängers 445 bestimmt wurde. Die mittels des GNSS-Empfängers 445 bestimmte Position kann auch dazu verwendet werden, die Odometrievorrichtung 435 abzuglei chen. Es ist allerdings zu beachten, dass diese Position unter Umständen nicht zu verlässig oder nicht kontinuierlich verfügbar ist.

Auf der Basis der bestimmten Position kann eine Bewegungssteuerung 450 eine Bewegung der Landmaschine 105 steuern. Die Bewegungssteuerung 450 kann eine Längs- und/oder Quersteuerung beeinflussen und ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Landmaschine 105 entlang eines vorbestimmten Pfads zu steuern, der weiter bevorzugt in Abhängigkeit einer befahrenen Anbaufläche 1 10 vorbestimmt ist. Auf der Basis einer Bestimmung der Kollisionsvermeidung 430 kann die Bewegung so gesteuert werden, dass eine Kollision mit einem Hindernis vermieden wird.

Figur 5 zeigt eine Visualisierung von beispielhaften Anwendungen eines Systems 100, in Anlehnung an das System 100 von Figur 1 . Die Landmaschine 105 befindet sich auf einer Anbaufläche 110, die zwei aneinander angrenzende Anbauflächen

1 10.1 und 1 10.2 umfasst. Eine äußere Begrenzung 1 15.1 der Anbaufläche 1 10 ist mit einer Reihe erster Umsetzer 120.1 gekennzeichnet, und eine innere Begrenzung

1 15.2 zwischen den Anbauflächen 1 10.1 und 1 10.3 ist mit einer Reihe zweiter Um setzer 120.2 gekennzeichnet. Die Umsetzer 1 15.1 und 1 15.2 unterscheiden sich auf eine beliebige Weise, die auf der Basis eines von ihnen empfangenen zweiten Sig nals in Antwort auf ein ausgesandtes erstes Signal bestimmt werden kann. Die ge wählten Bezeichnungen 120.1 - 120.3 entsprechen nicht notwendigerweise denen von Figur 2.

Die Landmaschine 105 kann die gesamte Anbaufläche 1 10 zusammenhängend be arbeiten, indem sie einem vorbestimmten, hier beispielhaft mäanderförmigen Pfad 405 folgt. Die an Bord der Landmaschine 105 angebrachte Steuervorrichtung 125 kann dazu eingerichtet sein, die erste Begrenzung 1 15.1 nicht zu überqueren, die zweite Begrenzung 1 15.2 für die durchzuführenden Arbeiten hingegen zu missach ten.

In einer zweiten in Figur 5 dargestellten Anwendung befindet sich auf der Anbauflä che 1 10 ein bekanntes Hindernis 510. Das Hindernis 510 kann permanent sein und beispielsweise ein Gebäude oder einen Strommasten umfassen, oder vorüberge hend und beispielsweise eine Weide oder einen Lagerplatz betreffen. Um die Land maschine 105 davon abzuhalten, das Hindernis 510 zu überfahren, kann eine Reihe weiterer Umsetzer 120.3 entlang einer das Hindernis 510 umlaufenden Begrenzung 115.3 angebracht werden. Die Steuervorrichtung 125 kann dazu konfiguriert sein, ein Überfahren der Begrenzung 115.3 durch die Landmaschine 105 auf eine hierin be schriebene Weise zu verhindern. Die Umsetzer 120.3 können, wie oben genauer ausgeführt ist, dazu eingerichtet sein, auf der Basis von zweiten Signalen, die sie in Antwort auf erste Signale aussenden, von anderen Umsetzern 120 unterschieden zu werden.

Wie in Figur 5 angedeutet ist, unterliegt eine Positionierung der Umsetzer 120 übli cherweise keinen hohen Präzisionsanforderungen. Für praktische Zwecke kann die durch die Umsetzer 120 definierte Begrenzung 115 um einen Betrag von der vorbe stimmten Begrenzung 115 abweichen , der im Bereich von ca. 1 m liegen kann . Die Genauigkeit einer Positionierung der Landmaschine 105 bezüglich der Umsetzer 120 kann in erster Linie von der Genauigkeit von bereitgestellten Positionsinformationen über die Umsetzer 120 abhängen.

Bezuqszeichen System

Landmaschine

Anbaufläche

Begrenzung

Umsetzer

Steuervorrichtung

Sendevorrichtung

Empfangsvorrichtung

Verarbeitungsvorrichtung

Speichervorrichtung

erster Abschnitt

zweiter Abschnitt

Positioniereinrichtung Untergrund

horizontaler Abstand

Höhe Verfahren

Aussenden erstes Signal

Empfangen zweites Signal

Bestimmen Signalstärke / Ort / Richtung / Entfernung / Art Bestimmen Position

Haltesignal ausgeben Verarbeitungssystem

Sensoren

Erfassungsvorrichtung

Umsetzungserfassung

Pfaderkennung

SLAM („Simultaneous Localization And Matching“) Bestimmung Hinderniserkennung

Odometrievorrichtung

Fusionierung

GNSS-Empfänger

Bewegungssteuerung

Pfad

Hindernis

Claims

Patentansprüche

1. System (100), umfassend: eine Reihe von Umsetzern (120), die entlang einer Begrenzung (115) einer landwirtschaftlichen Anbaufläche (110) angebracht sind, wobei ein Umsetzer (120) dazu eingerichtet ist, in Antwort auf ein eintreffendes erstes Signal ein zweites Signal auszusenden; eine autonom fahrende Landma schine (105) mit einer Sendevorrichtung (130) zur Aussendung des ersten Sig nals in einem Umfeld der Landmaschine (105), einer Empfangsvorrichtung (135) zum Empfangen des in Antwort auf das erste Signal ausgesandten zweiten Sig nals, einer Verarbeitungsvorrichtung (140), die dazu eingerichtet ist, eine Position der Landmaschine (105) bezüglich der Begrenzung (115) auf der Basis des emp fangenen zweiten Signals zu bestimmen,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung und/oder eine Umsetzungscha rakteristik von Umsetzern (120) an einem ersten Abschnitt (150) der Begrenzung (1 15) anders als an einem zweiten Abschnitt (155) der Begrenzung (115) gestal tet sind.

2. System (100) nach Anspruch 1 , wobei die Umsetzungscharakteristik die Stärke des zweiten Signals im Verhältnis zum ersten Signal betrifft.

3. System (100) nach Anspruch 2, wobei die Umsetzungscharakteristik von der Art des ersten Signals abhängig ist.

4. System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung einen Abstand (210) eines Umsetzers (120) von einem benachbarten Umsetzer (120) betrifft.

5. System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung eine vertikale Höhe (215) eines Umsetzers (120) betrifft.

6. System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an wenigstens einem Ort entlang der Begrenzung (115) mehrere Umsetzer (120) vertikal ver setzt angeordnet sind.

7. System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beide Signale einander entsprechende elektromagnetische Wellen umfassen und der Umsetzer (120) als Reflektor ausgebildet ist.

8. System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beide Signale unterschiedliche elektromagnetische Wellen umfassen und der Umsetzer (120) als Transponder ausgebildet ist.

9. Verfahren (300) zum Bestimmen einer Position einer Landmaschine (105) bezüg lich einer Begrenzung (115) einer landwirtschaftlichen Anbaufläche (110), wobei entlang der Begrenzung (115) eine Reihe von Umsetzern (120) angebracht ist, wobei ein Umsetzer (120) dazu eingerichtet ist, in Antwort auf ein eintreffendes erstes Signal ein zweites Signal auszusenden; und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Aussenden (305) wenigstens eines ersten Signals in einem Umfeld der Landmaschine (105); Empfangen (310) wenigstens eines zweiten Signals, das in Antwort auf das wenigstens eine erste Signal ausgesandt wurde; Bestimmen (315) der Position auf der Basis des wenigstens einen empfangenen zweiten Signals.

10. Steuervorrichtung (125) für eine Landmaschine (105), die zum autonomen Fah ren auf einer landwirtschaftlichen Anbaufläche (110) eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Sendevorrichtung (130) zur Aussendung wenigstens eines ersten Signals in einem Umfeld der Landmaschine (105); eine Empfangsvorrichtung (135) zum Empfangen mehrerer zweiter Signale, die in Antwort auf das wenigstens eine erste Signal ausgesandt wurden; eine Spei chervorrichtung (145) zur Ablage von Positionen von Umsetzern (120) des ersten Signals in das zweite Signal entlang der Begrenzung (115) der Anbaufläche

(1 10); eine Verarbeitungsvorrichtung (140), die dazu eingerichtet ist, eine Positi on der Landmaschine (105) bezüglich der Begrenzung (115) auf der Basis eines oder mehrerer empfangener zweiter Signale zu bestimmen.

11. Landmaschine (105), umfassend eine Steuervorrichtung (125) nach Anspruch 10, wobei die Landmaschine (105) dazu eingerichtet ist, auf der Basis ihrer be- stimmten Position ein bevorstehendes Überfahren der Begrenzung (1 15) zu be stimmen.