WO2023037225A1 - Land- oder forstwirtschaftliches gerät, sensorvorrichtung und verfahren zum steuern des geräts - Google Patents

Land- oder forstwirtschaftliches gerät, sensorvorrichtung und verfahren zum steuern des geräts Download PDF

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WO2023037225A1
WO2023037225A1 PCT/IB2022/058325 IB2022058325W WO2023037225A1 WO 2023037225 A1 WO2023037225 A1 WO 2023037225A1 IB 2022058325 W IB2022058325 W IB 2022058325W WO 2023037225 A1 WO2023037225 A1 WO 2023037225A1
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obstacle
sensor device
image sensor
processing
designed
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PCT/IB2022/058325
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Markus Kuhl
Matthias Kuhl
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Premosys Gmbh
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    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
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    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an agricultural or forestry device with a processing tool that can be adjusted in its position according to the generic type of independent claim 1 . Furthermore, the present invention relates to a sensor device provided for the agricultural or forestry implement according to the independent claim 11 . In addition, the present invention relates to a method for controlling the agricultural or forestry implement according to claim 13 .
  • a scenario of mechanized undervine care of a vine plantation with vines arranged in rows and possible support posts and climbing aids is considered, in which the soil around the vines is mechanically cleared around the vines while a vehicle is moving along the rows of vines, for example by using a plough to be cleared of tall grass and weeds.
  • An agricultural device mounted on the vehicle for this purpose is equipped with a plow or Plow char trained processing tool provided, which is a hydraulically adjustable joint out of the vehicle, ie outwards, or pivoted to the vehicle.
  • the current position of the processing tool which corresponds to the extent of the current lateral deflection, is controlled by an adjustable hydraulic pressure that supplies or removes the joint. operated is controlled in such a way that the processing tool is brought up to vines while the vehicle is moving while maintaining a minimum distance from them and/or passed them or passed an obstacle in order to avoid a collision.
  • the tillage tool is laterally attached to or removed from the side by a force of a mechanical pivoting spring and a soil resistance force that acts on the plow share that engages in the soil during movement of the vehicle. swiveled behind the vehicle so that the lateral deflection of the processing tool is minimized. If, on the other hand, hydraulic pressure is applied to the joint, the machining tool is actively swiveled outwards or kept swung out, the extent of the lateral deflection of the value of the applied hydrauli k réelles depends.
  • a rail or bracket-like trained contact scanner attached, which is mechanically or electrically coupled to a hydraulic kventil of the joint.
  • a mechanical contact i.e. a touch
  • the contact sensor is pressed in the opposite direction to the direction of travel, and the hydraulic valve is thereby mechanically or electrically adjusted in such a way that the hydraulic pressure in the joint is reduced, and consequently the plow during a continued vehicle movement is progressively pivoted to the side behind the vehicle. Hydraulic pressure builds up in the joint only when the mechanical contact, ie the touch, between the contact sensor and the obstacle has been eliminated, and the machining tool is actively pivoted outwards.
  • the vehicle or the agricultural or forestry equipment can only be moved at a low speed, so that the agricultural or forestry equipment has only a low time efficiency.
  • Another problem with touch-based obstacle detection and collision avoidance in the scenario described is that in the event of a damaged or misaligned contact scanner, the plow may be brought too close to the vine and the vine's roots may be injured.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an agricultural or forestry device, a sensor device for such a device and a method for controlling an agricultural or forestry device that make it possible to at least partially overcome the disadvantages listed above. If one of the disadvantages listed above is not publicly known, this and associated features are only to be regarded as internal prior art of the applicant and thus as part of the disclosure of the invention.
  • the present invention is aimed at an agricultural or forestry device that has a processing tool and a sensor device.
  • the sensor device is designed to detect an obstacle in the vicinity of the machining tool and, if an obstacle is detected, to cause the position of the machining tool to be adjusted.
  • the solution to the object of the invention is seen in a suitably designed sensor device that can detect an obstacle in the processing vicinity of the processing tool without the sensor device touching the obstacle, ie in a sensor device designed for non-contact detection.
  • a sensor device which is designed for contactless detection of an obstacle arranged in the vicinity of the processing area and which has at least one camera module with a light-emitting unit and an image sensor.
  • the light emitting unit is designed to emit light with a predetermined characteristic in the vicinity of the processing area.
  • the image sensor of the camera module is made up of a plurality of image sensor elements and is designed to determine an image of at least part of the processing area with image sensor element-specific distance information based on the light emitted and reflected by an obstacle in the processing area onto the image sensor.
  • the proposed sensor device is also designed to detect an obstacle in the vicinity of the processing area without contact by evaluating the distance information determined and, in the event of a detected obstacle, to change or generate control values and/or control data for adjusting the position of the processing tool in such a way that an otherwise imminent collision of the machining tool with the obstacle detected in the near machining area is avoided.
  • the agricultural or forestry device is not limited to the device initially described as an example for caring for the undervines of vine plantations.
  • the term agricultural or forestry equipment includes here, for example, equipment that is used for agricultural purposes, such as in vineyards, fruit tree plantations, and/or shrub orchards (e.g. raspberry bushes, currant bushes), and/or for forestry use, such as in tree nurseries and/or Christmas tree cultures, without being restricted to the examples mentioned.
  • the working tool may be a tillage tool such as a plow or hoe that engages the soil, or a mulcher or scythe.
  • the sensor device of the presented device detects posts or other supports between the branches of the vines as an obstacle, and the position of the processing tool, for example knives of a pre-cutter, adjusted in such a way that the knives of the pre-cutter are opened, so that the stake, which is detected as an obstacle, is not hit by the knives of the pre-cutter.
  • An obstacle to be detected by the sensor device is an object which should not collide with the processing tool and which should not come into contact with the optical sensor device presented, and which is in an agricultural or forestry area to be processed by the processing tool above the Floor surface is arranged.
  • Such an obstacle Object is, for example, a crop of an agricultural or forestry area, such as a vine, a fruit tree, a berry bush, or a coniferous tree, or the trunk of such a crop.
  • These useful growths generally have a diameter in the range of 10 to 200 mm in the field of view of the image sensor. Detection as an obstacle can also be used for plant sticks with a diameter of 5mm or more.
  • Shrub fruit often has several small stems that should be detected together as a bush with a diameter of 200mm and more.
  • An obstacle to be detected or An object is also a support structure set up on/in the agricultural or forestry area for the useful plants, such as a pole protruding from the ground, a post or a vertical strut of a net-like trellis.
  • the qualification of an object as an obstacle to be detected by the sensor device can depend, for example, on the object having a minimum height and/or a minimum width and/or its width falling within a predetermined width range.
  • the minimum height it is preferably provided that the sensor device only detects an object as an obstacle if the object has a height of at least 40 cm above the ground.
  • the predetermined width range it is preferably provided that the sensor device only detects an object as an obstacle if its width lies within the diameter ranges specified above for useful plants.
  • the processing area close to the processing tool refers to the current immediate surroundings of the processing tool, which the processing tool can reach in the next few seconds due to its movement through the moving vehicle and/or due to a change in its position, for example driving into or out of the vehicle.
  • the processing area is therefore only a very small part of the total processing area that can be reached with the processing tool as the agricultural or forestry device moves across an agricultural or forestry area, for example a field, a field, a fruit tree plantation or a vineyard processed over a period of many minutes or a few hours.
  • the position of the processing tool can be adjusted in a controllable manner. By adjusting the location, a position and/or orientation of at least part of the processing tool is changed relative to a stationary, predetermined reference point on the device or a vehicle provided for moving the device, on which the device is mounted.
  • a position and/or orientation of at least part of the processing tool is changed relative to a stationary, predetermined reference point on the device or a vehicle provided for moving the device, on which the device is mounted.
  • multi-purpose implements and multi-purpose vehicles in which an attachment can be exchanged in a time-efficient manner, are widely used is mounted directly or by means of an equipment carrier on the multi-purpose vehicle.
  • the attachment is equipped with the processing tool or itself embodies the processing tool.
  • the attachment or the device carrier can be mounted in a variety of mounting positions of the multi-purpose vehicle: for example on the right and/or left side of the vehicle, at the front or at the rear, as a structure on a loading area, or as a substructure.
  • the machining tool can then be adjusted in its position, for example, by moving part of the attachment relative to another part of the attachment, by offsetting the attachment relative to the implement carrier, and/or by offsetting the implement carrier relative to the vehicle becomes .
  • the position of the processing tool can be adjusted with any combination of translational and/or rotational movements. It is important for the purposes of the invention that the position of the machining tool is adjusted in such a way that a collision between the machining tool and an obstacle that is in the vicinity of the machining area and has been detected by the sensor device by evaluating the distance information is avoided, and that the collision would occur without changing the situation.
  • the position of the processing tool is the current lateral deflection of the processing tool caused by the extension or retraction.
  • the controlled adjustment of the position of the machining tool by moving the machining tool in or out changes the position of the machining tool.
  • the controlled adjustment of the position takes place according to control values and/or control data, which are suitably changed or generated by the sensor device in the event of an obstacle being detected by the sensor device.
  • the light emitting unit is designed to emit light with a predetermined characteristic into the field of view of the image sensor. This means that the light-emitting unit does not emit any light, but that the intensity, the duration and the wavelength or the wavelength range(s) of the light emitted by the light-emitting unit are determined in such a way that the image sensor detects portions of the emitted light that on a in the processing vicinity can meet arranged obstacle and be reflected on the image sensor, detect and evaluate.
  • the spectrum or the wavelength of the emitted light is preferably in the infrared (IR, infrared) or near infrared (NIR, near infrared) light range that is not visible to the human eye.
  • a sensor device with a light-emitting unit for emitting light with a wavelength of 850 nm is very well suited for agricultural or forestry equipment according to the invention.
  • the light emitting unit is also designed to emit the light of the predetermined characteristic controlled by the sensor device. Controlled by the sensor device, the light of the predetermined characteristic can be emitted as light pulses or as continuous light.
  • the light emitting unit and the associated image sensor are preferably designed and arranged relative to one another in such a way that the light emitted by the light emitting unit does not impinge directly on the image sensor and can be detected by it, but only after the emitted light has been reflected on a surface in the vicinity of the processing area and obstacle located in the field of view of the camera module can impinge on at least one of the image sensor elements of the image sensor and be detected.
  • the sensor device the camera module is consequently preferably designed in such a way that light emitted by the light emitting unit can only be detected after the emitted light has been reflected outside of the camera module and not directly by the image sensor.
  • the image sensor of the camera module is formed from a plurality of image sensor elements.
  • the majority of the image sensor elements of the image sensor are distributed at least two-dimensionally, for example in a width direction and in a height direction, preferably in such a way that the plurality of image sensor elements is distributed over a number of rows, with at least one of the rows, preferably in a number of rows, in turn having a number of image sensor elements of the image sensor are arranged. It can also be provided that at least some of the image sensor elements of the image sensor are distributed along a depth direction.
  • the majority of the image sensor elements of the image sensor can be arranged, for example, in a grid-like or honeycomb-like manner on a surface.
  • the image sensor of the camera module or the sensor device is designed to determine an image of at least a part of the processing vicinity.
  • the image determined contains image sensor element-specific distance information that is transmitted to the image sensor or whose individual image sensor elements reflected light are determined.
  • the distance information assigned to an individual image sensor element represents a length of a total route or a distance covered by the light emitted by the light emitting unit up to an obstacle in the vicinity of the processing and, after being reflected at this obstacle, back to the camera module, specifically its image sensor.
  • the length of the total distance covered by the light component from the light emitting unit to the obstacle and finally to the image sensor can be determined by measuring the transit time of the light component from the emitting unit back to the image sensor.
  • This transit time can be measured directly by the sensor device as a time difference between the start time of the emitted light, known to the sensor device, and the measurable time of receipt of a portion of the emitted and reflected light portion in the image sensor.
  • the time difference measured with the image sensor element is image sensor-specific distance information or can be transformed into image sensor-specific distance information.
  • the distance information can also be interpreted as depth information since it represents the spatial depth between the image sensor and the obstacle in the field of view of the image sensor.
  • a two-dimensional distance representation or depth representation for the field of view of the image sensor can be created.
  • the determination of the distance information depends on the specified characteristics of the emitted light. If the emitted light is emitted as pulsed light, ie as separate light pulses, then the sensor device can measure the propagation times directly on the basis of the known start time of a respective light pulse. If, on the other hand, the emitted light is emitted continuously using CW (continuous wave) modulation, the sensor device can measure phase shifts between the emitted light and the reflected, received light. These phase shifts arise when the emitted light is reflected by the obstacle in the field of view, and the extent of a phase shift corresponds to the distance to the surface of the obstacle.
  • CW continuous wave
  • the individual fields of view of the image sensors of the sensor device span an overall field of view.
  • the sensor device is designed to detect an object arranged in the near processing area as an obstacle in the overall field of view, and image sensor element-specific distances between the sensor device, taken in the same way for the respective image sensor element, and the detected obstacle, taken in the same way for some reflection surfaces facing the sensor device of the obstacle on which the light emitted from each light emitting unit hits. Therefore, the overall field of view can also be interpreted as a measuring field of the sensor device. to be designated .
  • the image sensor elements of a respective image sensor are preferably arranged on a semiconductor chip.
  • a total of 16 image sensor elements in 4 rows each with 4 image sensor elements can form a so-called 4 ⁇ 4 image sensor, or in another example 32 image sensor elements in 4 rows each with 8 image sensor elements form a so-called 4 ⁇ 8 image sensor.
  • Each image sensor element detects light reflected on an object, which was previously emitted by the light emitting unit, in its own image sensor element field of view, which widens conically starting from the image sensor element with an opening angle when viewed more closely. It is also possible for an image sensor element to have horizontal and vertical opening angles that differ from one another. The entirety of the image sensor element fields of view of an image sensor forms the field of view of the image sensor. Due to the dense arrangement of the image sensor elements in a small area , in particular when integrated into one or on a semiconductor chip, the aperture angles of the image sensor elements are relatively small, for example in the range of 2 degrees and smaller.
  • the sensor device determines a distorted image with image sensor element-specific distance information. Accordingly, the physical measuring field of the sensor device is distorted.
  • the presented sensor device takes the distortion into account, in particular when evaluating the determined distance information in order to detect an obstacle without contact, and/or when changing or generating it of control values and/or control data for the purpose of avoiding an otherwise imminent collision of the processing tool with the detected obstacle. If a rectangle is displayed in a distorted manner due to the physical conditions of the image sensors, the presented sensor device provides for an elliptical area to be used as the ideal area for detection when evaluating the determined distance information as to whether or not an obstacle must be detected.
  • the sensor device presented is designed for an optimal detection distance, also introduced below under the term target detection distance, of preferably approx. 50 cm (particularly preferably with a tolerance of ⁇ 5 cm), although the presented sensor device exclusively camera modules or Has image sensors that are suitable and designed according to their specifications for a field of view with a range of 5 meters to 10 meters or more. With this configuration, it is possible to obj ects or To detect obstacles from a diameter of 10mm in the vicinity of the processing.
  • an obstacle for example a crop that is present in the processing vicinity of a processing tool of the device, can be detected with high accuracy and without the risk of damaging the obstacle or the sensor device be detected.
  • the presented agricultural or forestry device makes it possible to avoid an impending collision of the processing tool and a detected obstacle located in the vicinity of the processing area, without the obstacle having to be touched by a part of the device before or during the collision avoidance.
  • the sensor device has a plurality of camera modules which are designed and arranged in such a way that the fields of view of the camera modules lie in different height sections of the near-processing area.
  • the term elevation section refers to a section between a lower elevation and an upper elevation relative to the floor surface of the processing vicinity. Two height sections are different if the respective lower heights are not identical and the respective upper heights are also not identical. In the case of a target detection distance explained in more detail, the height sections preferably adjoin one another without overlapping. The lower height of the lowest height section is preferably at the height of the floor surface.
  • the camera module Since a respective field of view of an image sensor or Starting from the image sensor, the camera module widens at an imaginary tip of a cone, roughly like a cone, possibly with different widening angles in the vertical and horizontal direction, the lower height and the upper height are to be related to a target detection distance. At the desired detection distance, the total field of view of the sensor device, composed of all fields of view of the multiple image sensors, is stretched furthest in the vertical direction without overlapping of the respective height sections.
  • Each of these multiple camera modules is provided with an image sensor and a light emitting unit as shown above.
  • Such a further development comprises, for example, three camera modules, with the field of view of the first camera module, which is preferably arranged closest to the floor surface, covering a height section of the processing area close to the floor surface up to 30 cm, the field of view of the second camera module arranged between the first and the third camera module covering a height section of the Processing close range of 30 cm to 60 cm, and the field of view of the third camera module arranged above the second camera module covers a height section of 60 cm to 90 cm, wherein
  • This information applies to a target detection distance of 50cm, and all size information has a tolerance of 3cm.
  • the numerical values mentioned are given as examples and can be suitably varied, whereby the principle given as an example should be retained, that at the target detection distance the height sections of vertically adjacent image sensors or Camera modules should be contiguous.
  • the camera modules are arranged in such a way that the optical axes of the fields of view of camera modules of adjacent height sections diverge in the vertical plane.
  • the optical axis is the central axis or Bisector of the field of view spreading from the image sensor.
  • the optical axes of the fields of view of camera modules of adjacent vertical sections preferably diverge from one another at an angle in the range from 12 to 16 degrees, particularly preferably in the range from 13 to 15 degrees, and very particularly preferably at an angle of 14 degrees.
  • the second, central camera module is now arranged in such a way that its optical axis of the field of view runs parallel to the ground level, which corresponds to a vertical angle of inclination of the optical axis of 0 degrees.
  • the optical axis of the field of view of the first, lower camera module is then inclined by 14 degrees in the direction of the ground plane, ie downwards.
  • the optical axis of the field of view of the third, upper camera module is inclined by 14 degrees away from the ground level, i.e. upwards.
  • the optical axes of the fields of view of the lower and upper camera modules span an angle of 28 degrees in the vertical plane, and the angle bisector of this spanned angle is formed by the optical axis of the field of view of the middle camera module.
  • the optical axis of the field of view for the lower level section is tilted toward the bottom surface, and the optical axis of the field of view for the upper level section is tilted away from the bottom surface.
  • the sensor device is designed to detect an obstacle on the basis of a check as to whether or not the distances represented by the distance information of adjacent height sections lie within a predetermined distance tolerance range.
  • a sensor device with two camera modules which have a lower, ground-level height section of, for example, 0 cm to 30 cm above the ground surface or an upper height section of 30 cm to 60 cm above the ground surface is assigned, it can be provided in this development that an obstacle is only detected in the case that in both height sections a distance to an obstacle is within a tolerance range of 5 cm, for example .
  • an obstacle is detected at this distance.
  • an obstacle can be, for example, a free-standing, crooked vine or an inclined pole, which must not collide with the processing tool.
  • the sensor device is designed to estimate a ground-level distance to the detected obstacle based on an evaluation of the distance information from a number of camera modules whose fields of view are not in a ground-level height section of the processing area, and the control values and /or to change or generate control data on the basis of the estimated distance close to the ground in such a way that an otherwise imminent collision of the processing tool with the obstacle detected in the processing vicinity is avoided.
  • the upper height section is determined by the sensor device, which is currently moving in the direction of a vine in the vicinity of the processing area with loose twigs or high grass piled up in front of it, for the height sections the distances are 20 cm, 50 cm, 47 cm.
  • the sensor device detects the obstacle and estimates that the ground level distance of the detected obstacle is not at a distance of 20cm but at a distance of about . 50cm consists .
  • the sensor device then generates or changes control values and/or control values for adjusting the position of the processing tool in order to avoid a collision of the processing tool with the detected obstacle, which is at an estimated distance of approx. 50cm is located .
  • a sensor device designed for such an estimation is particularly suitable for avoiding a collision of a processing tool with obstacles that emerge from the ground and are surrounded by long grass, loose twigs or piles of dirt or leaves.
  • the sensor device designed for the estimation presented makes it possible to bring the processing tool close to the detected obstacles and at the same time to avoid a collision with the detected obstacles.
  • This estimation is particularly advantageous if the detected obstacles whose near-ground distance is estimated are stems of useful plants.
  • the sensor device estimates the position of the ground exit of the trunk of the crop, for example a vine or a fruit tree, and can safely and precisely guide the processing tool to and around the crop.
  • the sensor device is designed to evaluate the image or images determined by the image sensor or sensors with the image sensor-specific distance information and to detect the obstacle using an adjustable and/or adaptive algorithm and/or a database.
  • the algorithm is, for example, adjustable or parameterizable depending on the processing tool used, the vehicle, crop species , terrain characteristics , and / or weather conditions .
  • the algorithm can also be designed to be adaptive and adapt to the current conditions during ongoing operation of the agricultural or forestry device in order to detect an obstacle more precisely.
  • the algorithm can be designed to carry out pattern recognition on the basis of the determined images with distance information, for example in order to recognize different plant species and, depending on the individual plant species recognized, to cause the position of the processing tool to be adjusted and/or, for example, to separate useful plants and posts from one another to distinguish, so that the processing tool is passed at a greater distance or a differently configured distance course at recognized crops than at recognized posts.
  • the database provides data for the algorithm to retrieve and stores, for example, patterns of distance information for recognition of crops and typical other obstacles such as trellis posts.
  • the patterns stored in the database can also be photo-based patterns of crops and other obstacles, which can be used alone or in addition to the patterns of distance information from the sensor device for detecting obstacles.
  • the database can also store position coordinates of obstacles occurring in the entire processing area, which have already been detected during previous processing with the agricultural or forestry device or have been entered into the database after a new plantation or vineyard has been planted, for example as GPS coordinates with assigned obstacle type .
  • the data in the database can be stored locally in the sensor device or can be retrieved by the sensor device from a central server via a mobile radio data connection.
  • the database can also contain local gradients or Store slope gradients so that the sensor device can evaluate distance information determined on a slope just as precisely as distance information determined in a flat area.
  • the sensor device is designed to take a slope of the processing vicinity as a parameter when evaluating the information determined by the image sensor or sensors, detecting the obstacle and/or changing or generating control values and/or Control data for adjusting the position of the processing tool to be taken into account.
  • the previously known average slope of a vineyard to be worked with the agricultural or forestry device can be set or adjusted on the sensor device. be entered .
  • the sensor device is provided with an inclination sensor and is designed to measure the current slope inclination of the processing vicinity during operation of the agricultural or forestry device and to use the currently measured slope inclination as the above-mentioned parameter.
  • the sensor device is designed in such a way that the light emitting unit and the image sensor of each camera module of the sensor device are equipped with protective covers that are optically separate from one another.
  • the protective covers are provided for the purpose of protecting the light emitting unit and the image sensor from dust, moisture and mechanical stress.
  • the optical separation is achieved by an opaque separation layer interposed between the protective cover for the light emitting unit and the protective cover for the image sensor.
  • the opaque separation layer projects beyond the light emitting unit protective cover and the image sensor protective cover. This prevents the emitted light from being thrown back directly towards the image sensor due to reflection from water or dust that accumulates on the outer surfaces of the protective covers during the operation of the device.
  • the projection-like, opaque separating layer also causes a visual separation of the dirt and/or water layer possibly adhering to the protective covers.
  • each image sensor is preferably protected from direct solar radiation by means of mechanical shielding in order to protect the image sensors from interfering radiation from the sun.
  • the sensor device is also designed to generate the control values and/or control data for adjusting the position of the processing tool in such a way that while the agricultural or forestry device is moving relative to the detected obstacle, the processing tool moves according to a predetermined distance profile is guided past the detected obstacle and/or a predetermined minimum distance between the processing tool and the dete kted obstacle is maintained and/or not undershot.
  • the course of the distance can be specified as a function of the maximum achievable speed of adjusting the position of the processing tool.
  • the sensor device can determine the real distance between the detected obstacle and the image sensor from the determined distance information with little effort.
  • the sensor device can determine the current distance of the obstacle from the outer edge of the processing tool and adjust the position of the processing tool accordingly in order to achieve the specified distance profile realize or to keep the specified minimum distance.
  • the presented sensor device thus makes it possible to precisely maintain a predetermined minimum distance or distance progression between a detected obstacle and the processing tool.
  • the sensor device is also designed to use a current speed of movement of the device as a parameter when evaluating the distance information determined by the image sensor or sensors, detecting the obstacle and/or changing or generating control values and/or or to consider control data for adjusting the position of the machining tool.
  • This makes it possible to specify the distance at which a processing tool of the agricultural or forestry device presented is guided past a detected obstacle, depending on the speed of movement of the device. This can be done, for example, in such a way that a machining tool or device is guided past a detected obstacle with an additionally increased minimum distance for reasons of caution.
  • the solution to the object of the invention is also achieved by the sensor device that has been presented above in connection with the presented agricultural or forestry device.
  • This sensor device has at least one camera module with a light emitting unit and an image sensor with a plurality of image sensor elements.
  • the light emitting unit is designed to emit light with a predetermined characteristic in the vicinity of the processing area.
  • the image sensor whose field of view is in the processing area, is designed to determine an image of at least part of the processing area with image sensor element-specific distance information based on the light emitted and reflected by an obstacle in the processing area onto the image sensor.
  • the sensor device is also designed to detect an obstacle in the vicinity of the processing area without contact by evaluating the determined distance information and, if an obstacle is detected, to change or generate control values and/or control data for adjusting the position of the processing tool in such a way that collisions are otherwise imminent ion of the machining tool with the obstacle detected in the near machining area is avoided.
  • the sensor device is equipped with an interface unit via which the sensor device can be coupled to an interface unit of the agricultural or forestry device in order to transmit changed or generated control values and/or control data to the agricultural or forestry device if an obstacle is detected.
  • the interface unit of the sensor device can also be designed from the agricultural or forestry device or. its interface unit to receive control values and/or control data that are to be changed by the sensor device in the event of a detected obstacle.
  • the interface unit of the sensor device can be designed to receive parameters of the device and/or information about the current speed of the device.
  • the sensor device is designed to change or generate a current for controlling a proportional valve of the agricultural or forestry implement.
  • the proportional valve is provided to a hydraulic pressure in the above-described joint of a country or to control forestry equipment depending on the current, and thus the extent of the extension or. To control retraction of the machining tool.
  • the sensor device is designed for coupling to a conventional agricultural or forestry device that is equipped or can be equipped with a conventional touch-based sensor device.
  • This sensor device is intended as a better replacement or supplement for the conventional touch-based sensor device of the conventional device.
  • the sensor device emits light with a predetermined characteristic into the processing area.
  • the sensor device determines an image of at least part of the processing area of the processing tool with image sensor element-specific distance information based on the light emitted and reflected by an obstacle in the processing area onto the image sensor.
  • the sensor device evaluates the determined distance information and, based on the evaluation, detects an obstacle in the processing area without contact. If an obstacle is detected, the sensor device changes or generates control values and/or control data for adjusting the position of the machining tool in such a way that an impending collision of the machining tool with the obstacle detected in the vicinity of the machining area is avoided.
  • FIG. 1 illustrates an agricultural or forestry implement according to an embodiment of the invention with a fully swung-out processing tool in a first position before an impending collision with an obstacle;
  • Fig. 2 illustrates the agricultural or forestry equipment of FIG. 1 with a ca. 45 degrees swiveled processing tool in a second position with avoidance of the imminent collision with the obstacle in the first position;
  • FIG. 3 illustrates an agricultural or forestry device according to an embodiment of the invention with three camera modules.
  • 4A and 4B illustrate a measuring field of a sensor device according to an exemplary embodiment of the invention in a side view and in a top view, respectively.
  • 5A and 5B illustrate a measuring field of a sensor device according to another exemplary embodiment of the invention in a side view and in a top view, respectively.
  • FIG. 6 illustrates a method for detecting obstacles used by a sensor device according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 1 and 2 illustrates an agricultural or forestry implement according to an embodiment of the invention.
  • the illustrations in FIGS. 1 and 2 are not to be understood as true to scale.
  • the country or Forestry implement 1 is coupled at its front end to a vehicle 10 and is pulled thereby in the direction of the arrow pointing upwards.
  • At the rear end of the device 2 is at a by application or. Change in a hydraulic pressure adjustable joint 13, a machining tool 2 is attached.
  • the machining tool 2 is pivoted out to the maximum in a first position L.
  • the usual processing tools stand approx. 40cm to 60cm from the device and when fully retracted the amount of protrusion may be reduced to zero or nearly zero.
  • Vines are arranged in a row on the left-hand side in the direction of travel of the device 1 , of which only one vine 3 is shown for reasons of clarity.
  • the working tool 2 is a ploughshare, for example, which is swung out as far as possible and is to be guided along the respective vines in the row so that the distance between the soil tillage outer edge of the ploughshare and the respective vines is kept small.
  • Fig. 1 in dashed form the machining tool 2 in a minimally pivoted or. maximum pivoted position L shown.
  • the device 1 is provided at its front end and on the side facing the vines with a sensor device 4, which contains a camera module 5 with a light emitting unit and an image sensor.
  • the field of view 8 of the camera module 5 is aimed at the vines arranged in a row and is designed to determine the distance between the image sensor and a possible obstacle, for example a vine, with which the fully swiveled-out processing tool could collide, in the field of view 8.
  • the field of view 8 and thus also the camera module 5 must be arranged at a suitably chosen distance in front of the processing tool in the direction of travel.
  • the applicant has a locomotion speed of approx. 8 km/h a distance of approx . 50cm determined as a suitable distance.
  • Time before in Fig. 1 was the situation shown in FIG. 1 already in the field of view 8 of the camera module 5 of the sensor device 4 .
  • the sensor device 4 had detected the vine 3 as an obstacle in the vicinity of the processing tool 2 and based on the determined distance information determines the distance from the sensor device 4 to the vine 3 .
  • the sensor device 4 On the basis of this determined distance, the sensor device 4 generates control data for adjusting the position L of the processing tool 2 in order to avoid an impending collision of the processing tool 2 with the obstacle.
  • the device 1 In the in Fig. In the situation illustrated in FIG. 1, the device 1 is still being moved with the processing tool 2 pivoted to the maximum extent by the forward movement of the vehicle 10 in the direction of the obstacle 3 and is therefore still on a collision course with the obstacle 3 .
  • the control data generated by the sensor device 4 as a function of the speed of movement of the device 1 cause the processing tool 2 to move step by step by approx. 45 degrees, and is thus guided past the obstacle 3 without colliding with it (FIG. 2).
  • the tillage tool 2 After the tillage tool 2 has passed the obstacle 3 without colliding, the tillage tool 2 is pivoted out again to the maximum under the control of the sensor device 4, as illustrated by the line 12 of the soil tillage outer edge of the ploughshare.
  • the sensor device 4 can provide a suitable control current for a proportional valve as control values for swiveling the machining tool 2 in and out, which adjusts the hydraulic pressure of the joint and thus also the extent of the swiveling out.
  • Fig. 3 illustrates an agricultural or forestry device 1 according to an exemplary embodiment of the invention with three camera modules 5-U, 5-M and 5-0 arranged vertically one above the other, which are accommodated in a sensor device 4 of the device 1 only partially shown.
  • the fields of view 8-U, 8-M and 8-0 of the camera modules 5-U, 5-M and 5-0 lie in different height sections H-U, H-M and H-0 and, with the target detection distance SDD described above of approx. 50cm together.
  • the lower limit of the lower height section H-U of the camera module 5 -U is at the target detection distance SDD at ground level B .
  • the optical axis ZM of the central camera module 5 -M runs parallel to the floor plane B .
  • the optical axis ZU of the lower camera module 5 -U is inclined by 14 degrees in relation to the optical axis ZM down to the floor plane B.
  • the optical axis Z -0 of the upper camera module 5 -0 is inclined upwards by 14 degrees in relation to the optical axis ZM.
  • the The property that the optical axes ZU and Z-0 are the bisecting lines of the field of view 8-U or 8-0 in the vertical direction on the borders of the field of view spanning is not shown exactly in FIG. 3, but only roughly.
  • the respective distances between the camera modules 5-U, 5-M and 5-0 accommodated in the sensor device 4 must be suitably defined, taking into account the characteristics of the fields of view 8-U, 8-M and 8-0.
  • the camera modules 5-U, 5-M and 5-0 are of the same type, for example from the Broadcom class AFBR-S50MV85, which according to their specifications are suitable and designed for a field of view with a range of 5 meters to 10 meters or more .
  • Each camera module 5 has its own light emitting unit 6 and its own image sensor 7 .
  • 4A and 4B illustrate a measuring field of a sensor device 4 according to an exemplary embodiment of the invention in a side view and in a top view, respectively.
  • 5A and 5B illustrate a measuring field of a sensor device 4 according to another exemplary embodiment of the invention in a side view and in a top view, respectively.
  • the numerical values are given in millimeters.
  • Camera modules from the AFBR-S50MV85 class from Broadcom are used in both exemplary embodiments.
  • the sensor device 4 of Fig. 4A and Fig. 4B contains camera modules which, according to their specifications, are designed for a field of view with a range of 5 m, whereas the sensor device 4 of Fig. 5A and Fig.
  • FIG. 5B contains camera modules which, according to their specifications for a field of view with a range of 10m are designed, together with a narrower opening angle of the measuring field.
  • the camera modules used are arranged according to the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the sensor devices of Fig. 4A, 4B and Fig. 5A, 5B are both for a target detection distance of 500 mm with regard to the detection of an object or obstacle arranged in the processing area (with a tolerance of ⁇ 50mm).
  • the sensor device of FIGS. 4A, 4B is designed in such a way that a distorted image of the near-machining area is determined, so that when evaluating whether or not there is an obstacle in the near-machining area, a elliptical area is used as the ideal area for detection.
  • Fig. 6 illustrates a method for detecting obstacles 3 used by a sensor device 4 according to an embodiment of the invention.
  • sensor device 4 with three camera modules 5-U, 5-M, 5-0 arranged vertically one below the other with differently arranged height sections H-U, H-M and H-0 adjoining one another at the target detection distance.
  • Each image sensor 7 of a respective camera module 5-U, 5-M, 5-0 has 4 rows each with 4 image sensor elements, so that each image sensor 7 can determine a 4 ⁇ 4 depth map as an image with image sensor-specific distance information.
  • Fig. 6 is the entire depth map or . illustrates the entire depth profile of a vine as distance values given in centimeters, which are recorded with the three camera modules 5-U, 5-M, 5-0 of the one shown in FIG. 3 illustrated sensor device 4 were determined.
  • a respective mean value is first determined for each 4 ⁇ 4 depth map of a respective image sensor 7 .
  • These three mean values are for the in Fig. 6 illustrated example of the vine in the right half of Fig. 6 . Then, on the basis of these three mean values, it is checked whether or not an obstacle is detected.
  • the two mean values of the top and middle image sensors 7-M, 7-0 deviate by a specified tolerance amount of, for example, ⁇ 5 cm at most, this is interpreted as a detected obstacle. Since both mean values are 52 cm in the example shown, the deviation is within the specified tolerance amount.
  • the sensor device 3 can convert this distance of 52 cm into a distance between the processing tool 2 and the obstacle 3 and adjust the position of the processing tool 2 accordingly, so that a collision between the processing tool 2 and the detected vine 3 is avoided.

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Abstract

Es wird ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät (1) mit einem in seiner Lage (L) steuerbar verstellbaren Bearbeitungswerkzeug (2) und mit einer Sensorvorrichtung (4) vorgestellt. Die Sensorvorrichtung (4) ist ausgebildet, ein erhabenes Hindernis (3) in einem Bearbeitungsnah-bereich des Bearbeitungswerkzeugs (2) zu detektieren und im Fall eines detektierten Hindernisses (3) eine Verstellung der Lage (L) des Bear-beitungswerkzeugs (2) zu veranlassen. Die Sensorvorrichtung (4) weist mindestens ein Kameramodul (5) mit einer Lichtemittiereinheit (6) und einem Bildsensor (7) mit einer Mehrzahl von Bildsensorelementen auf. Die Lichtemittiereinheit (6) ist ausgebildet, Licht einer vorgegebenen Charakteristik in den Bearbeitungsnahbereich zu emittieren. Der Bildsensor (7), dessen Sichtfeld (8) in dem Bearbeitungsnahbereich liegt, ist ausgebildet, eine Abbildung zumindest eines Teils des Bear-beitungsnahbereichs mit bildsensorelementspezifischen Distanzinformati-onen auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis (3) in dem Bearbeitungsnahbereich auf den Bildsensor (7) reflektierten Lichts zu ermitteln. Die Sensorvorrichtung (4) ist ferner ausgebildet ist, mit-tels Auswertung der ermittelten Distanzinformationen ein Hindernis (3) in dem Bearbeitungsnahbereich berührungslos zu detektieren und im Fall eines detektierten Hindernisses (3) Steuerungswerte und/oder Steue-rungsdaten zum Verstellen der Lage (L) des Bearbeitungswerkzeugs (2) derart zu verändern oder zu erzeugen, dass eine andernfalls bevorste-hende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs (2) mit dem in dem Bearbei-tungsnahbereich detektierten Hindernis (3) vermieden wird.

Description

Anmelder : PREMOSYS GmbH , Hillstraße 14 , 54570 Kalenborn- Scheuern
Titel : Land- oder forstwirtschaftliches Gerät , Sensorvorrichtung und Verfahren zum Steuern des Geräts
Die vorliegende Erfindung betrifft ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät mit einem in seiner Lage steuerbar verstellbaren Bearbeitungswerkzeug nach Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 . Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine für das land- oder forstwirtschaftliche Gerät vorgesehene Sensorvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 . Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern des land- oder forstwirts chaftlichen Geräts nach Anspruch 13 .
Stand der Technik
Im Bereich der Landwirtschaft und der Forstwirtschaft finden Geräte zur maschinellen Bearbeitung des Bodens und/oder der Pflanzen , beispielsweise in Rebstock-Plantagen, breite Anwendung . Derartige land- oder forstwirtschaftliche Geräte s ind häufig an einem Mehrzweck-Fahrzeug , z . B einem Traktor , montiert und sind mit einem Bearbeitungswerkzeug zum maschinellen Bearbeiten der Pflanzen und/oder des Bodens versehen .
Beispielhaft wird ein S zenario einer maschinellen Unterstockpflege einer Rebstock-Plantage mit in Reihen angeordneten Rebstöcken und möglichen Stützpfählen und Rankhilfe-Stützen betrachtet , bei der während einer Fortbewegung eines Fahrzeugs entlang der Rebstockreihen mas chinell der Boden um die Rebstöcke herum durch Einsat z eines Pfluges beispielsweise von hohem Gras und Unkraut geräumt werden soll .
Ein zu diesem Zweck an dem Fahrzeug montiertes landwirtschaftliches Gerät ist mit einem als Pflug bzw . Pflugs char ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug versehen , das über ein hydraulisch verstellbares Gelenk aus dem Fahrzeug heraus , also nach außen, oder an das Fahrzeug heran schwenkbar ist . Die aktuelle Lage des Bearbeitungswerkzeugs , die dem Ausmaß der aktuellen seitlichen Auslenkung entspricht , wird durch einen verstellbaren Hydraulikdruck, mit dem das Gelenk versorgt bzw . betätigt wird, derart gesteuert , dass das Bearbeitungswerkzeug während der Bewegung des Fahrzeugs an Rebstöcke unter Einhaltung eines Mindestabstands zu diesen herangeführt und/oder an diesen vorbeigeführt oder zwecks Kollisionsvermeidung an einem Hindernis vorbeigeführt wird . Ohne Hydrauli kdruck in dem Gelenk wird das Bearbeitungswerkzeug durch eine Kraft einer mechanischen Eins chwenkfeder und eine Bodenwiderstandskraft , die während einer Bewegung des Fahrzeugs auf die in den Boden eingreifende Pflugschar einwirkt , seitlich an bzw . hinter das Fahrzeug geschwenkt , so dass die seitliche Aus lenkung des Bearbeitungswerkzeugs minimiert wird . Wird das Gelenk hingegen mit Hydraulikdruck beaufschlagt , so wird das Bearbeitungswerkzeug aktiv nach außen geschwenkt bzw . ausgeschwenkt gehalten, wobei das Ausmaß der seitlichen Auslenkung von dem Wert des aufgebrachten Hydrauli kdrucks abhängt .
Um während der Bewegung des Fahrzeugs entlang der Rebstock-Reihen in einem Bearbeitungsnahbereich des Pfluges einen Rebstock oder ein anderes Hindernis zu dete ktieren, mit dem ein möglicherweise zu weit ausgeschwenkter Pflug kollidieren könnte , ist als eine mechanische Sensorvorrichtung in Fahrtrichtung vor dem Pflug ein schienen- oder bügelartig ausgebildeter Kontaktabtaster angebracht , der mechanisch oder elektrisch mit einem Hydrauli kventil des Gelenks gekoppelt ist . Im Fall eines mechanischen Kontakts , also einer Berührung , zwis chen dem Kontaktabtaster und einem Hindernis wird der Kontaktabtaster entgegengesetzt zur Fahrtrichtung gedrückt , und das Hydraulikventil wird dadurch mechanisch oder elektrisch so verstellt , dass der Hydraulikdruck in dem Gelenk verringert wird, und folglich der Pflug während einer fortgesetzten Fahrzeugbewegung fortschreitend seitlich hinter das Fahrzeug eingeschwenkt wird . Erst wenn der mechanische Kontakt , also die Berührung , zwischen dem Kontaktabtaster und dem Hindernis aufgehoben ist , erfolgt ein Hydraulikdruckaufbau in dem Gelenk, und das Bearbeitungswerkzeug wird aktiv nach außen geschwenkt .
Derartige , wie oben bes chriebene , konventionelle land- oder forstwirtschaftliche Geräte ermöglichen eine Vermeidung einer Kollision des Bearbeitungswerkzeug mit einem dete ktierten Hindernis während der Fahrzeugbewegung , ohne dass ein Operator des Geräts oder des Fahrzeugs einen Steuerungseingriff vornehmen muss . Die Dete ktion des Hindernisses erfordert aber, dass der Kontaktabtaster das Hindernis berührt . Die Vermeidung einer Kollis ion erfordert zudem, das s der Kontaktabtaster während der Fortbewegung des Fahrzeugs und des Geräts mit Berührung des Hindernisses an diesem entlang gleitet . Bei dieser Berührung kann der Kontaktabtaster die Rinde eines Stammes beschädigen und möglicherweise Krankheitserreger oder Schädlinge eines Rebstamms verbreiten . Die Gefahr und das Ausmaß einer Bes chädigung der Stammrinde erhöhen s ich zudem mit steigender Geschwindigkeit des Aufpralls des Kontaktabtasters auf der Stammrinde , die durch die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs vorgegeben ist .
Daher darf das Fahrzeug bzw . das land- oder forstwirtschaftliche Gerät nur mit niedriger Fortbewegungsgeschwindigkeit bewegt werden, so dass das land- oder forstwirtschaftliche Gerät nur eine geringe Zeiteffizienz aufweist .
In der Praxis zeigt s ich außerdem häufig der Nachteil , dass das Ausschwenken des Pfluges hinter einem dete ktierten Rebstockstamm eine unterschiedlich lange Fortbewegungsstrecke des Fahrzeugs erfordert als beim Einschwenken des Pfluges vor dem detektierten Stamm, mit einem nur suboptimalen Ergebnis der bes chriebenen Unterstockpflege .
Ein weiteres Problem der berührungsbasierten Hindernisdetektion und Kollisionsvermeidung besteht bei dem beschriebenen Szenario darin , dass im Fall eines beschädigten oder fehlerhaft ausgerichteten Kontaktabtasters der Pflug zu nah an den Rebstock herangeführt und das Wurzelwerk des Rebstocks verletzt werden kann .
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , ein land- oder forstwirts chaftliches Gerät , eine Sensorvorrichtung für ein derartiges Gerät und ein Verfahren zum Steuern eines land- oder forstwirtschaftlichen Geräts bereitzustellen, die es ermöglichen , die oben angeführten Nachteile zumindest zum Teil zu überwinden . Sofern einer der oben angeführten Nachteile nicht öffentlich bekannt sein sollte , sind dieser und zugehörige Merkmale nur als interner Stand der Technik der Anmelderin und somit als Teil der Offenbarung der Erfindung zu betrachten .
Die oben dargestellte Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung wird durch ein unten detaillierter vorgestelltes land- oder forstwirts chaftliches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Geräts ergeben sich aus den zusätzlichen Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 10 . Außerdem wird die oben dargestellte Aufgabenstellung durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ferner durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst .
Die vorliegende Erfindung ist auf ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät gerichtet , das ein Bearbeitungswerkzeug und eine Sensorvorrichtung aufweist . Die Sensorvorrichtung ist ausgebildet , ein Hindernis in einem Bearbeitungsnahbereich des Bearbeitungswerkzeugs zu delektieren und im Fall eines delektierten Hindernisses eine Verstellung der Lage des Bearbeitungswerkzeugs zu veranlas sen .
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung wird in einer geeignet ausgebildeten Sensorvorrichtung gesehen, die ein Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich des Bearbeitungswerkzeugs dele ktieren kann, ohne das s die Sensorvorrichtung das Hindernis berührt , also in einer für eine berührungs lose Detektion ausgebildeten Sensorvorrichtung .
Es wird eine Sensorvorrichtung vorges chlagen, die ausgebildet ist zum berührungslosen Delektieren eines in dem Bearbeitungsnahbereich angeordneten Hindernisses , und die mindestens ein Kameramodul mit einer Lichtemittiereinheit und einem Bildsensor aufweist . Die Lichtemittiereinheit ist ausgebildet , Licht einer vorgegebenen Charakteristik in den Bearbeitungsnahbereich zu emittieren . Der Bildsensor des Kameramoduls ist aus einer Mehrzahl von Bildsensorelementen gebildet und ist ausgebildet , eine Abbildung zumindest eines Teils des Bearbeitungsnahbereichs mit bildsensorelementspe zifischen Distanzinformationen auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis in dem Bearbeitungs nahbereich auf den Bildsensor reflektierten Lichts zu ermitteln . Die vorgeschlagene Sensorvorrichtung ist ferner ausgebildet , mittels Auswertung der ermittelten Distanz informationen ein Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich berührungs los zu delektieren und im Fall eines dele ktierten Hindernisses Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs derart zu verändern oder zu erzeugen, dass eine andernfalls bevorstehende Kollis ion des Bearbeitungswerkzeugs mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich dele ktierten Hindernis vermieden wird . Im Folgenden werden die oben angeführten Merkmale , die zur Lösung der Aufgabe der Erfindung beitragen , und die im Kontext der Merkmale verwendeten Begriffe näher vorgestellt .
Das land- oder forstwirtschaftliche Gerät ist nicht auf das eingangs beispielhaft beschriebene Gerät zur Unterstockpflege von Rebstock-Plantagen beschränkt . Der Begriff des land- oder forstwirts chaftlichen Geräts umfasst hier beispielsweise ein Gerät , das für einen landwirtschaftlichen Einsatz , wie beispielsweise in Weinbergen, Obstbaumplantagen, und/oder Strauchobstplantagen ( z . B . Himbeersträucher , Johannisbeerensträucher ) , und/oder für einen forstwirtschaftlichen Einsatz , wie beispielsweise in Baums chulen und/oder Weihnachtsbaumkulturen, vorgesehen ist , ohne Beschränkung auf die genannten Beispiele . Das Bearbeitungswerkzeug kann ein Bodenbearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise ein Pflug oder eine Hacke , das mit Eingriff in den Erdboden arbeitet , oder ein Mulcher oder eine sensen- bzw . schneidwerkzeugbasierte Vorrichtung, die aus dem Boden herauswachsendes Unkraut oder Gras bearbeitet , oder ein Gewächsbearbeitungswerkzeug sein, wie beispielsweise ein Vorschneider , Entlauber , Laubschneider oder ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug für Nadelgewächse . Bei den letztgenannten Bearbeitungswerkzeugen, beispielsweise bei dem Vors chneider zum Schneiden der Zweige von Weinreben, kann es vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung des vorgestellten Geräts Pfähle oder andere Stüt zen zwis chen den Ästen der Rebstöcke als ein Hindernis detektiert , und die Lage des Bearbeitungswerkzeugs , beispielsweise Mes ser eines Vors chneiders , dahingehend verstellt , das s die Messer des Vorschneiders geöffnet werden, so dass der als ein Hindernis dete ktierte Pfahl nicht von den Messern des Vorschneiders getroffen wird .
Ein durch die Sensorvorrichtung zu dete ktierendes Hindernis ist ein Obj e kt , welches nicht mit dem Bearbeitungswerkzeug kollidieren und welches mit der vorgestellten optischen Sensorvorrichtung nicht in Berührung kommen soll , und welches in einem durch das Bearbeitungswerkzeug zu bearbeitenden land- oder forstwirtschaftlichen Raum erhaben über der Bodenfläche angeordnet ist . Ein derartiges Hindernis bzw . Obj ekt ist beispielsweise ein Nutzgewächs einer land- oder forstwirtschaftlichen Fläche , so wie ein Rebstock, ein Obstbaum, ein Beerenstrauch, oder ein Nadelbaum, oder der Stamm eines solchen Nutzgewächses . Diese Nutzge- wachse haben im Sichtfeld des Bildsensors im Allgemeinen einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 200mm. Die Detektion als ein Hindernis kann auch für Pflanzstäbchen ab einem Durchmesser von 5mm vorgesehen sein . Strauchobst hat häufig mehrere kleine Stämme , die insgesamt als ein Strauch mit einem Durchmesser von 200mm und mehr dete ktiert werden sollen . Ein zu delektierendes Hindernis bzw . Obj e kt ist auch eine auf/in der land- oder forstwirtschaftlichen Fläche eingerichtete Stützstruktur für die Nutzpflanzen, so wie ein aus dem Erdboden hervorstehender Pfahl , Pfosten oder eine Verti kalstrebe einer netzartig aufgespannten Rankhilfe . Die Qualifi zierung eines Obj e ktes als ein durch die Sensorvorrichtung zu detektierendes Hindernis kann beispielsweise davon abhängen, das s das Obj e kt eine Mindesthöhe und/oder eine Mindestbreite aufweist und/oder seine Breite in einen vorgegebenen Breitenbereich fällt . Hinsichtlich der Mindesthöhe ist bevorzugt vorgesehen, das s die Sensorvorrichtung ein Obj ekt nur dann als Hindernis detektiert , falls das Obj ekt mindestens eine Höhe von 40cm über dem Erdboden hat . Hinsichtlich des vorgegebenen Breitenbereichs ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung ein Obj ekt nur dann als Hindernis dete ktiert , falls seine Breite in dem oben für Nut zgewächse angegebenen Durchmesserspannen liegt .
Der Bearbeitungsnahbereich des Bearbeitungswerkzeugs be zeichnet die aktuelle nähere Umgebung des Bearbeitungswerkzeugs , welche das Bearbeitungswerkzeug aufgrund seiner Bewegung durch das fahrende Fahrzeug und/oder aufgrund eines Änderns seiner Lage , beispielsweise einem Einfahren in oder einem Ausfahren aus dem Fahrzeug , in den nächsten Sekunden erreichen kann . Der Bearbeitungsnahbereich ist also nur ein sehr kleiner Teil des gesamten Bearbeitungsbereichs , der mit dem Bearbeitungswerkzeug im Laufe der Fortbewegung des land- oder forstwirts chaftlichen Geräts über ein land- oder forstwirtschaftliches Gebiet , beispielsweise einen Acker , ein Feld , eine Obstbaumplantage oder einen Weinberg, in einem Zeitraum vieler Minuten oder einiger Stunden bearbeitet wird .
Das Bearbeitungswerkzeug ist in seiner Lage steuerbar verstellbar . Durch das Verstellen der Lage wird eine Position und/oder Ausrichtung zumindest eines Teils des Bearbeitungswerkzeugs relativ zu einem bezüglich des Verstellens stationären, vorgegebenen Be zugspunkt an dem Gerät oder einem zur Fortbewegung des Geräts vorgesehenen Fahrzeug verändert , an dem das Gerät montiert ist . Im Bereich der Landwirts chaft und der Forstwirtschaft finden Mehrzweck-Geräte und Mehrzweck-Fahrzeuge breite Verwendung , bei denen ein zeiteffizient auswechselbares Anbaugerät direkt oder mittels eines Geräteträgers an dem Mehrzweck- Fahrzeug montiert ist . Das Anbaugerät ist mit dem Bearbeitungswerkzeug ausgerüstet oder verkörpert selbst das Bearbeitungswerkzeug . Das Anbaugerät oder der Geräteträger kann an vielfältigen Montagepositionen des Mehrzweck- Fahrzeugs montierbar sein : beispielsweise an der rechten und/oder linken Fahrzeugseite , an der Front oder an dem Heck, als Aufbau auf einer Ladefläche , oder als Unterbau . Das Bearbeitungswerkzeug kann dann beispielsweise dadurch in seiner Lage verstellt werden, dass ein Teil des Anbaugerätes relativ zu einem anderen Teil des Anbaugeräts verset zt wird, dass das Anbaugerät relativ zu dem Geräteträger versetzt wird, und/oder dass der Geräteträger relativ zu dem Fahrzeug verset zt wird .
Das Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs kann mit einer beliebigen Kombination trans latorischer und/oder rotatoris cher Bewegungen erfolgen . Wichtig im Sinne der Erfindung ist , dass das Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs derart erfolgt , dass eine Kollis ion zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und einem Hindernis , das sich in dem Bearbeitungsnahbereich befindet und durch die Sensorvorrichtung mittels Auswertung der Distanzinformationen detektiert worden ist , vermieden wird, und das s die Kollision ohne Verstellen der Lage erfolgen würde .
In dem beispielhaften Fall eines Fahrzeugs mit einem land- oder forstwirts chaftlichen Gerät mit einem seitlich aus dem Fahrzeug schrittweise oder stufenlos ausfahrbaren Bearbeitungswerkzeug ist die Lage des Bearbeitungswerkzeugs die durch das Aus- oder Einfahren bewirkte , aktuelle seitliche Aus lenkung des Bearbeitungswerkzeugs . Das gesteuerte Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs mittels Einfahren oder Aus fahren des Bearbeitungswerkzeugs verändert die Lage des Bearbeitungswerkzeugs . Das gesteuerte Verstellen der Lage erfolgt gemäß Steuerungswerten und/oder Steuerungsdaten, die in dem Fall eines durch die Sensorvorrichtung dete ktierten Hindernis ses durch die Sensorvorrichtung geeignet verändert oder erzeugt werden .
Die Lichtemittiereinheit ist ausgebildet , Licht mit einer vorgegebenen Charakteristi k in das Sichtfeld des Bildsensors zu emittieren . Hierunter wird verstanden, dass die Lichtemittiereinheit nicht ein beliebiges Licht emittiert , sondern dass die Intensität , die Dauer und die Wellenlänge oder der/die Wellenlängenbereich ( e ) des von der Lichtemittiereinheit emittierten Lichts derart bestimmt sind, dass der Bildsensor Anteile des emittierten Lichts , die auf ein in dem Bearbeitungsnahbereich angeordnetes Hindernis treffen und auf den Bildsensor reflektiert werden, erfassen und auswerten kann . Das Spe ktrum bzw . die Wellenlänge des emittierten Lichts liegt bevorzugt in dem für das menschliche Auge nicht-s ichtbaren Infrarot- ( IR, infrared) oder Nahinfrarot- ( NIR, near infrared) Lichtbereich . Anmelderseitig wurde festgestellt , dass eine Sensorvorrichtung mit einer Lichtemittiereinheit zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge von 850nm s ich sehr gut für erfindungsgemäße land- oder forstwirtschaftliche Geräte eignet . Die Lichtemittiereinheit ist ferner ausgebildet , das Licht der vorgegebenen Charakteristi k gesteuert durch die Sensorvorrichtung zu emittieren . Das Licht der vorgegebenen Charakteristik kann, gesteuert durch die Sensorvorrichtung, als Lichtpulse oder als kontinuierliches Licht emittiert werden .
Die Lichtemittiereinheit und der zugeordnete Bildsensor sind bevorzugt so ausgebildet und zueinander angeordnet , das s von der Lichtemittiereinheit emittiertes Licht nicht dire kt auf den Bildsensor auftreffen und von diesem erfasst werden kann, sondern nur nach einer Reflektion des emittierten Lichts an einem sich in dem Bearbeitungsnahbereich und in dem Sichtfeld des Kameramoduls befindenden Hindernis auf zumindest eines der Bildsensorelemente des Bildsensors auftreffen und erfas st werden kann . Die Sensorvorrichtung bzw . das Kameramodul ist folglich bevorzugt derart ausgebildet , dass von der Lichtemittiereinheit emittiertes Licht nur nach einer Reflektion des emittierten Lichts außerhalb des Kameramoduls und nicht direkt von dem Bildsensor erfas st werden kann .
Der Bildsensor des Kameramoduls ist aus einer Mehrzahl von Bildsensorelementen gebildet . Die Mehrzahl der Bildsensorelemente des Bildsensors ist zumindest zweidimensional verteilt angeordnet , beispielsweise in einer Breitenrichtung und in einer Höhenrichtung , bevorzugt derart , dass die Mehrzahl von Bildsensorelementen auf mehrere Zeilen verteilt ist , wobei in mindestens einer der Zeilen, bevorzugt in mehreren Zeilen , wiederum mehrere Bildsensorelemente des Bildsensors angeordnet sind . Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest einige der Bildsensorelemente des Bildsensors entlang einer Tiefenrichtung verteilt angeordnet s ind . Die Mehrzahl der Bildsensorelemente des Bildsensors kann beispielsweise rasterartig oder wabenartig auf einer Fläche angeordnet sein . Der Bildsensor des Kameramoduls bzw . die Sensorvorrichtung ist ausgebildet zum Ermitteln einer Abbildung zumindest eines Teils des Bearbeitungsnahbereichs . Die ermittelte Abbildung enthält bildsensorelementspezifische Distanzinformationen, die auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich auf den Bildsensor bzw . dessen individuelle Bildsensorelemente refle ktierten Lichts ermittelt werden . Die einem individuellen Bildsensorelement zugeordneten Distanz informationen repräsentieren eine Länge einer Gesamtstrecke bzw . einer Distanz , die von der Lichtemittiereinheit emittiertes Licht bis zu einem Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich und nach einer Reflektier an diesem Hindernis zurück zu dem Kameramodul , konkret des sen Bildsensor , zurücklegt .
Im Sinne einer exakten physikalischen Betrachtung wird verstanden , dass nur ein Anteil des in das Sichtfeld des Bildsensors emittierten Lichts bzw . dessen photonische Energie auf das Hindernis auftrifft , und dass ein noch geringerer Anteil des auf treff enden Lichts von dem Hindernis auf ein individuelles Bildsensorelement des Bildsensors refle ktiert wird und in dem Bildsensorelement in eine mes sbare elektrische Ladung umgewandelt wird .
Die Länge der Gesamtstrecke , die der Lichtanteil von der Lichtemittiereinheit zum Hindernis und schließlich bis zu dem Bildsensor zurücklegt , ist durch Mes sen einer Laufzeit des Lichtanteils von der Emittiereinheit bis zurück zu dem Bildsensor ermittelbar . Diese Lauf zeit kann durch die Sensorvorrichtung direkt als eine Zeitdifferenz zwischen dem, der Sensorvorrichtung bekannten Start zeitpunkt des emittieren Lichts und dem durch die Sensorvorrichtung mes sbaren Zeitpunkt des Empfangs eines Anteils des emittierten und refle ktierten Lichtanteils im Bildsensor gemessen werden . Die mit dem Bildsensorelement gemes sene Zeitdifferenz ist eine bildsensorspez ifische Distanzinformation oder kann in eine bildsensorspezifis che Distanzinformation transformiert werden . Die Distanzinformationen können auch als Tiefeninformationen aufgefasst werden , da s ie die räumliche Tiefe zwischen dem Bildsensor und dem Hindernis in dem Sichtfeld des Bildsensors repräsentieren . Bei einer zweidimensionalen Anordnung der Bildsensorelemente in Reihen und Spalten kann aus den ermittelten Distanzinformationen eine zweidimens ionale Distanzdarstellung bzw . Tiefendarstellung für das Sichtfeld des Bildsensors erstellt werden . Die Ermittlung der Distanzinformationen ist abhängig von der vorgegebenen Charakteristik des emittierten Lichts . Wird das emittierte Licht als gepulstes Licht , also als separate Lichtpulse , emittiert , so kann die Sensorvorrichtung die Laufzeiten auf Grundlage des be kannten Startzeitpunktes eines j eweiligen Lichtpulses dire kt messen . Wird das emittierte Licht hingegen kontinuierlich mit Anwendung einer CW- (Continuous Wave ) Modulation emittiert , so kann die Sensorvorrichtung Phasenverschiebungen zwischen dem emittierten und dem refle ktierten empfangenen Licht mes sen . Diese Phasenverschiebungen entstehen bei der Reflek- tion des emittierten Lichts an dem Hindernis im Sichtbereich, und das Ausmaß einer Phasenvers chiebung entspricht der Distanz zu der Oberfläche des Hindernisses .
Die einzelnen Sichtfelder der Bildsensoren der Sensorvorrichtung spannen ein Gesamts ichtfeld auf . Die Sensorvorrichtung ist ausgebildet , in dem Gesamtsichtfeld ein in dem Bearbeitungsnahbereich angeordnetes Obj e kt als Hindernis zu detektieren , und bildsensorelementspezifisch Distanzen zwischen der Sensorvorrichtung , genauso genommen dem j eweiligen Bildsensorelement , und dem dete ktierten Hindernis , genauso genommen einigen der Sensorvorrichtung zugewandten Refle ktionsf lachen des Hindernisses , auf die das von der j eweiligen Lichtemittiereinheit emittierte Licht auf tritt , zu messen . Deshalb kann das Gesamtsichtfeld auch als ein Mes sfeld der Sensorvorrichtung aufgefasst bzw . be zeichnet werden .
Die Bildsensorelemente eines j eweiligen Bildsensors s ind bevorzugt auf einem Halbleiterchip angeordnet . So können beispielsweise insgesamt 16 Bildsensorelemente in 4 Reihen mit j e 4 Bildsensorelementen einen sogenannten 4x4 -Bildsensor bilden, oder in einem anderen Beispiel bilden 32 Bildsensorelemente in 4 Reihen mit j e 8 Bildsensorelementen einen sogenannten 4x8 -Bildsensor .
Jedes Bildsensorelement erfas st an einem Obj e kt refle ktiertes Licht , das zuvor von der Lichtemittiereinheit emittiert worden ist , in einem eigenem Bildsensorelement-Sichtfeld, das sich bei näherungsweiser Betrachtung kegelförmig ausgehend von dem Bildsensorelement mit einem Öf fnungswinkel aufweitet . Es ist auch möglich, dass ein Bildsensorelement voneinander unters chiedliche horizontale und verti kale Öffnungswinkel aufweist . Die Gesamtheit der Bildsensorelement-Sichtfelder eines Bildsensors bildet das Sichtfeld des Bildsensors . Aufgrund der dichten Anordnung der Bildsensorelemente auf einer kleinen Fläche , insbesondere bei Integration in einen bzw . auf einem Halbleiterchip, sind die Öff- nungswinkel der Bildsensorelemente relativ klein, beispielsweise im Bereich von 2 Grad und kleiner . Aufgrund dieser Randbedingungen, insbesondere im Fall einer Sensorvorrichtung mit mehreren Kameramodulen, deren Bildsensoren in einem j eweiligen Halbleiterchip integriert sind, kann es sein, dass die Sensorvorrichtung eine verzerrte Abbildung mit bildsensorelementspez ifischen Distanz informationen ermittelt . Dem entsprechend ist das physi kalische Messfeld der Sensorvorrichtung verzerrt .
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist für den Fall einer derartigen verzerrungsbehafteten Abbildungsermittlung bevorzugt vorgesehen, das s die vorgestellte Sensorvorrichtung die Verzerrung berücks ichtigt , insbesondere bei der Auswertung der ermittelten Distanz informationen, um ein Hindernis berührungslos zu dete ktieren, und/oder bei dem Verändern oder Erzeugen von Steuerungswerten und/oder Steuerungsdaten zwecks Vermeidung einer andernfalls bevorstehenden Kollision des Bearbeitungswerkzeugs mit dem detektierten Hindernis . Wird aufgrund der physi kalischen Gegebenheiten der Bildsensoren ein Rechteck verzerrt abgebildet , so ist für die vorgestellte Sensorvorrichtung vorgesehen , dass bei der Auswertung der ermittelten Distanzinformationen , ob oder ob nicht ein Hindernis detektiert werden muss , ein ellipsenförmiger Bereich als Idealbereich für eine Detektion verwendet wird .
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die vorgestellte Sensorvorrichtung für eine optimale Detektionsdistanz , weiter unten auch unter dem Begriff Solldetektionsdistanz eingeführt , von vorzugsweise ca . 50 cm (besonders bevorzugt mit einer Toleranz von ±5 cm) ausgebildet , obwohl die vorgestellte Sensorvorrichtung ausschließlich Kameramodule bzw . Bildsensoren aufweist , die gemäß ihren Spezifikationen für ein Sichtfeld mit einer Reichweite von 5 Meter bis 10 Meter oder mehr geeignet und ausgebildet sind . Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, Obj ekte bzw . Hindernisse ab einem Durchmesser von 10mm in dem Bearbeitungsnahbereich zu dete ktieren .
Mit dem vorgestellten land- oder forstwirtschaftlichen Gerät mit der vorgestellten Sensorvorrichtung kann ein Hindernis , beispielsweise ein Nutzgewächs , das in dem Bearbeitungsnahbereich eines Bearbeitungswerkzeugs des Geräts vorhanden ist , mit hoher Genauigkeit und ohne Gefahr einer Beschädigung des Hindernisses oder der Sensorvorrichtung detektiert werden . Außerdem ermöglicht das vorgestellte land- oder forstwirtschaftliche Gerät es , eine bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs und eines detektierten, sich in dem Bearbeitungsnahbereich befindenden Hindernis ses zu vermeiden, ohne das s das Hindernis vor oder während der Kollisionsvermeidung durch einen Teil des Geräts berührt werden muss .
In einer Weiterbildung des vorgestellten Geräts ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung mehrere Kameramodule aufweist , die derart ausgebildet und angeordnet s ind, das s die Sichtfelder der Kameramodule in unterschiedlichen Höhenabschnitten des Bearbeitungsnahbereichs liegen . Der Begriff des Höhenabschnitts bezieht sich auf einen Abschnitt zwischen einer unteren Höhe und einer oberen Höhe relativ zur Bodenfläche des Bearbeitungsnahbereichs . Zwei Höhenabschnitte sind unters chiedlich, wenn die j eweiligen unteren Höhen nicht identis ch und auch die j eweiligen oberen Höhen nicht identisch sind . Bevorzugt grenzen bei einer näher erläuterten Solldetektionsdistanz die Höhenabschnitte ohne Überlappung aneinander . Bevorzugt liegt die untere Höhe des untersten Höhenabschnitts auf der Höhe der Bodenfläche .
Da ein j eweiliges Sichtfeld eines Bildsensors bzw . Kameramoduls s ich ausgehend von dem Bildsensor , an einer gedachten Spit ze eines Kegels , in grober Näherung kegelartig , möglicherweise mit unterschiedlichen Aufweitungswinkeln in vertikaler und hori zontaler Richtung , aufweitet , sind die untere Höhe und die obere Höhe auf eine Solldete ktionsdistanz zu be ziehen . Bei der Solldete ktionsdistanz ist das aus allen Sichtfeldern der mehreren Bildsensoren zusammengesetzte Gesamts ichtfeld der Sensorvorrichtung in vertikaler Richtung am weitesten ohne Überlappung der j eweiligen Höhenabs chnitte auf gespannt .
Jedes dieser mehreren Kameramodule ist mit einem Bildsensor und einer Lichtemittiereinheit im Sinne der obigen Darstellung versehen . Eine derartige Weiterbildung umfas st beispielsweise drei Kameramodule , wobei das Sichtfeld des ersten, bevorzugt am nächsten zur Bodenfläche angeordneten Kameramoduls einen Höhenabschnitt des Bearbeitungsnahbereichs von der Bodenfläche bis 30cm, das Sichtfeld des zweiten , zwis chen dem ersten und dem dritten Kameramodul angeordneten Kameramoduls einen Höhenabschnitt des Bearbeitungsnahbereichs von 30 cm bis 60cm, und das Sichtfeld des dritten, oberhalb des zweiten Kameramoduls angeordneten Kameramoduls einen Höhenabschnitt von 60cm bis 90cm abdeckt , wobei diese Angaben für eine Solldete ktionsdistanz von 50cm gelten, und alle Größenangaben einen Toleranzbetrag von 3cm aufweisen . Die genannten Zahlenwerte s ind beispielhaft angeführt und können passend variiert werden, wobei das beispielhaft angeführte Prinz ip beibehalten werden sollte , dass bei der Solldete ktionsdistanz die Höhenabs chnitte vertikal benachbarter Bildsensoren bzw . Kameramodule aneinandergrenzen sollten .
In einer Fortbildung der oben beschriebenen, vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kameramodule derart angeordnet , dass die optischen Achsen der Sichtfelder von Kameramodulen benachbarter Höhenabs chnitte in der Verti kalebene auseinander laufen . Die optische Achse ist die Zentralachse bzw . Winkelhalbierende des sich ausgehend vom Bildsensor spreizenden Sichtfeldes . Die optis chen Achsen der Sichtfelder von Kameramodulen benachbarter Höhenabschnitte laufen bevorzugt in einem Winkel im Bereich von 12 bis 16 Grad, besonders bevorzugt im Bereich von 13 bis 15 Grad , und sehr besonders bevorzugt in einem Winkel von 14 Grad aus einander .
Erneut wird der oben beispielhaft angeführte Fall mit drei Bildsensoren bzw . Kameramodulen betrachtet , bei dem nun das zweite , mittlere Kameramodul so angeordnet ist , dass seine optische Achse des Sichtfeldes parallel zur Bodenebene verläuft , was einem verti kalen Neigungswinkel der optischen Achse von 0 Grad entspricht . Gemäß der Fortbildung ist dann die optische Achse des Sichtfeldes des ersten, unteren Kameramoduls um 14 Grad in Richtung der Bodenebene , also nach unten, geneigt . Die optische Achse des Sichtfeldes des dritten, oberen Kameramoduls ist hingegen um 14 Grad von der Bodenebene weg , also nach oben, geneigt .
Dem entsprechend spannen die optischen Achsen der Sichtfelder des unteren und des oberen Kameramoduls in der Vertikalebene einen Winkel von 28 Grad auf , und die Winkelhalbierende dieses auf gespannten Winkels ist durch die optis che Achse des Sichtfeldes des mittleren Kameramoduls gebildet . Die optische Achse des Sichtfeldes für den unteren Höhenabschnitt ist in Richtung der Bodenfläche geneigt , und die optische Achse des Sichtfeldes für den oberen Höhenabs chnitt ist von der Bodenfläche weg geneigt .
Diese zuletzt beschriebene Anordnung von drei Kameramodulen hat s ich für das vorgestellte land- und forstwirtschaftliche Gerät und des sen Sensorvorrichtung als sehr vorteilhaft herausgestellt . Durch diese Anordnung kann die Sensorvorrichtung in einem kompakten Gehäuse aufgenommen sein, und zugleich kann ein Hindernis in einem großen Gesamts ichtfeld festgestellt werden .
In weiterer Fortbildung der oben vorstehend erläuterten , bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Kameramodulen ist die Sensorvorrichtung ausgebildet , ein Hindernis auf Grundlage einer Prüfung zu dete ktieren, ob oder ob nicht durch die Distanzinformationen benachbarter Höhenabs chnitte repräsentierte Distanzen innerhalb eines vorgegebenen Distanztoleranzbereichs liegen . Im Fall einer Sensorvorrichtung mit zwei Kameramodulen, denen einen unterer , bodennaher Höhenabschnitt von beispielsweise 0cm bis 30 cm über der Bodenfläche bzw . ein oberer Höhenabschnitt von 30 cm bis 60cm über der Bodenfläche zugeordnet ist , kann es bei dieser Fortbildung vorgesehen sein, dass ein Hindernis nur in dem Fall detektiert wird, dass in beiden Höhenabschnitten eine Dis tanz zu einem Hindernis innerhalb eines Toleranzbereichs von beispielsweise 5 cm liegt . Wenn in dem oberen Höhenabschnitt eine Distanz von 50 cm zu einem Hindernis , und in dem unteren Höhenabschnitt eine Distanz von 47cm ermittelt wird , wird demgemäß ein Hindernis in dieser Distanz detektiert . Ein derartiges Hindernis kann beispielsweise ein freistehender, krumm gewachsener Rebstock oder ein geneigt stehender Pfahl sein, welche nicht mit dem Bearbeitungswerkzeug kollidieren dürfen .
Wird aber beispielsweise in dem unteren Höhenabschnitt eine Distanz von 20 cm zu einem Hindernis und in dem oberen Höhenabschnitt eine Distanz von 50cm zu einem Hindernis ermittelt , so wird ( zunächst ) kein Hindernis detektiert , weil das nähere bodennahe Hindernis hohes Gras ist , das nicht als Hindernis umgangen sondern mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet werden soll .
In einer Fortbildung der oben beschriebenen Weiterbildung mit mehreren Kameramodulen ist die Sensorvorrichtung ausgebildet , eine bodennahe Distanz zu dem detektierten Hindernis auf Grundlage einer Auswertung der Distanzinformationen einer Anzahl von Kameramodulen zu schätzen, deren Sichtfelder nicht in einem bodennahen Höhenabschnitt des Bearbeitungsnahbereichs liegen , und die Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten auf der Grundlage der ges chät zten bodennahen Distanz derart zu verändern oder zu erzeugen , dass eine andernfalls bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich detek- tierten Hindernis vermieden wird . In Anknüpfung an das obige Beispiel mit drei Kameramodulen mit Sichtfeldern in einem unteren, mittleren bzw . oberen Höhenabschnitt ermittelt die Sensorvorrichtung , die sich aktuell in Richtung eines sich in dem Bearbeitungsnahbereich befindenden Rebstocks mit davor aufgehäuften losen Zweigen oder hohem Gras bewegt , für die Höhenabschnitte die Dis tanzen 20cm, 50 cm, 47 cm . Die Sensorvorrichtung detektiert das Hindernis und s chätzt auf Grundlage der Distanz informationen des mittleren und des oberen Höhenabschnitts , die sich stark von der Distanzinformation des unteren Höhenabschnitts unterscheiden , dass die bodennahe Distanz des delektierten Hindernisses nicht in einer Distanz von 20cm sondern in einer Distanz von ca . 50cm besteht . Anschließend erzeugt oder verändert die Sensorvorrichtung Steuerungswerte und/oder Steuerungswerte zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs , um damit eine Kollision des Bearbeitungswerkzeugs mit dem delektierten Hindernis zu vermeiden, das s ich in einer ges chätzten Distanz von ca . 50cm befindet .
Eine für eine derartige Schät zung ausgebildete Sensorvorrichtung ist besonders geeignet für eine Vermeidung einer Kollision eines Bearbeitungswerkzeugs mit Hindernissen , die aus dem Boden treten und mit hohem Gras , losen Zweigen oder Dreck- oder Laubhaufen umgeben sind . Die zu der vorgestellten Schät zung ausgebildete Sensorvorrichtung ermöglicht es , das Bearbeitungswerkzeug nah an die delektierten Hindernisse heranzuführen und zugleich eine Kollision mit den dele ktierten Hindernissen zu vermeiden . Besonders vorteilhaft ist diese Schätzung , wenn es sich bei den delektierten Hindernissen , deren bodennahe Distanz geschätzt wird, um Stämme von Nut zgewächsen handelt . In diesem Fall schät zt die Sensorvorrichtung die Position des Bodenaustritts des Stamms des Gewächses , beispielsweise eines Rebstocks oder eines Obstbaums , und kann das Bearbeitungswerkzeug sicher und präzise an das Gewächs heran und um dieses herum führen .
In einer Weiterbildung des vorgestellten Geräts ist die Sensorvorrichtung ausgebildet , das Auswerten der durch den Bildsensor oder die Bildsensoren ermittelten Abbildung oder Abbildungen mit den bildsensorspezifischen Distanzinformationen und das Delektieren des Hindernisses mit Verwendung eines einstellbaren und/oder adaptiven Algorithmus und/oder einer Datenbank durchzuführen .
Der Algorithmus ist beispielsweise einstellbar bzw . parametrisierbar in Abhängigkeit von dem verwendeten Bearbeitungswerkzeug , dem Fahrzeug , der Nut zpflanzenart , Beschaffenheiten des Geländes , und/oder Wetterbedingungen . Der Algorithmus kann auch adaptiv ausgestaltet sein und sich während des fortlaufenden Betriebs des land- oder forstwirtschaftlichen Geräts an die aktuellen Bedingungen anpassen, um ein Hindernis präziser zu dete ktieren . Der Algorithmus kann ausgebildet sein, auf Grundlage der ermittelten Abbildungen mit Distanz informationen eine Mustererkennung durchzuführen, um beispielsweise unterschiedliche Pflanzenarten zu erkennen und in Abhängigkeit der erkannten individuellen Pflanzenart das Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs zu veranlas sen, und/oder um beispielsweise Nutzpflanzen und Pfähle voneinander zu unterscheiden, so dass das Bearbeitungswerkzeug mit größerem Abstand oder einem anders ausgestalteten Abstandsverlauf an erkannten Nutzpflanzen als an erkannten Pfählen vorbeigeführt wird .
Die Datenbank stellt Daten zum Abruf für den Algorithmus bereit und speichert beispielsweise Muster von Distanzinformationen für eine Erkennung von Nut zpflanzen und typischen anderen Hindernissen, wie beispielsweise Pfählen von Rankhilfen . Die in der Datenbank gespeicherten Muster können auch fotobasierte Muster von Nutzpflanzen und anderen Hindernissen sein , die für sich allein oder in Ergänzung zu den Mustern von Distanzinformationen von der Sensorvorrichtung zur Detektion von Hindernissen verwendet werden können . Die Datenbank kann auch Positionskoordinaten in dem gesamten Bearbeitungsbereich auftretender Hindernisse , die bereits bei früheren Bearbeitungen mit dem land- oder forstwirts chaftlichen Gerät detektiert worden sind oder nach einer Neuanpflanzung einer Plantage oder eines Weinbergs in die Datenbank eingepflegt wurden, speichern, beispielsweise als GPS-Koordinaten mit zugeordnetem Hindernistyp . Die Daten der Datenbank können lokal in der Sensorvorrichtung gespeichert sein oder können von der Sensorvorrichtung über eine Mobilfunk-Datenverbindung von einem zentralen Server abgerufen werden . Die Datenbank kann auch lokale Steigungen bzw . Hangneigungen speichern, damit die Sensorvorrichtung an einem Hang ermittelte Distanz informationen genau so präzise wie in einer flachen Ebene ermittelte Distanz informationen auswerten kann .
In einer Weiterbildung des vorgestellten Geräts ist die Sensorvorrichtung ausgebildet , eine Hangneigung des Bearbeitungsnahbereichs als einen Parameter bei dem Auswerten der durch den Bildsensor oder die Bildsensoren ermittelten Informationen, dem Detektieren des Hindernis ses und/oder dem Verändern oder Erzeugen von Steuerungswerten und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs zu berücks ichtigen . Bei einer besonders einfachen Implementierung der Sensorvorrichtung kann die vorab bekannte durchs chnittliche Hangneigung eines mit dem land- oder forstwirtschaftlichen Gerät zu bearbeitenden Weinbergs an der Sensorvorrichtung eingestellt bzw . eingegeben werden . In einer Fortbildung ist die Sensorvorrichtung mit einem Neigungs sensor versehen und ist ausgebildet , während des Betriebs des land- oder forstwirtschaftlichen Geräts die aktuelle Hangneigung des Bearbeitungsnahbereichs zu messen und die aktuelle gemessene Hangneigung als den oben genannten Parameter zu verwenden .
In einer Weiterbildung des vorgestellten Geräts ist die Sensorvorrichtung derart ausgebildet , dass die Lichtemittiereinheit und der Bildsensor j edes Kameramoduls der Sensorvorrichtung mit voneinander optisch getrennten Schutzabdeckungen ausgerüstet sind . Die Schutzabdeckungen sind zu dem Zweck vorgesehen, die Lichtemittiereinheit und den Bildsensor vor Staub , Feuchtigkeit und mechanis chen Beanspruchungen zu schüt zen . Mit den optis ch getrennten Schutzabdeckungen, durch die das von der Lichtemittiereinheit emittierte Licht aus der Sensorvorrichtung austreten bzw . das von einem Hindernis reflektierte Licht in die Sensorvorrichtung eintreten kann, wird erreicht , dass das von der Lichtemittiereinheit emittierte Licht nur nach einer Reflektion an einem im Bearbeitungsnahbereich angeordneten Hindernis , nicht aber wegen einer Reflektion des emittierten Lichts an der Schutzabdeckung, auf den Bildsensor auftreffen kann . Die optis che Trennung wird durch eine lichtundurchläs sige Trennschicht erreicht , die zwischen der Schut zabdeckung für die Lichtemittiereinheit und der Schutzabdeckung für den Bildsensor eingesetzt ist . Die lichtundurchläss ige Trennschicht ragt vorsprungartig über die Schut zabdeckung für die Lichtemittiereinheit und die Schut zabdeckung für den Bildsensor hinaus . Dadurch wird verhindert , dass das emittierte Licht aufgrund einer Reflektion an Wasser oder Staub , die sich im Laufe des Betriebs des Geräts auf den Außenflächen der Schutzabdeckungen ansammeln, direkt in Richtung des Bildsensors zurückgeworfen wird . Die vorsprungartig ausgebildete lichtundurchlässige Trenns chicht bewirkt auch eine optische Trennung der auf den Schutzabdeckungen möglicherweise anhaftenden Schmut z- und/oder Wasserschicht . Bevorzugt ist j eder Bildsensor zudem mittels mechanischer Abschirmung vor direkter Sonneneinstrahlung ges chützt , um die Bildsensoren vor Störstrahlung der Sonne zu s chüt zen . In einer Weiterbildung des vorgestellten Geräts ist die Sensorvorrichtung ferner ausgebildet , die Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs derart zu erzeugen, dass während einer Fortbewegung des land- oder forstwirtschaftlichen Geräts relativ zu dem detektierten Hindernis das Bearbeitungswerkzeug gemäß einem vorgegebenen Abstandsverlauf an dem detektierten Hindernis vorbeigeführt wird und/oder ein vorgegebener Mindestabstand zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem dete ktierten Hindernis eingehalten und/oder nicht unters chritten wird . Der Abstandsverlauf kann abhängig von der maximal erreichbaren Geschwindigkeit des Verstellens der Lage des Bearbeitungswerkzeugs vorgegeben sein . Die Sensorvorrichtung kann aus den ermittelten Distanzinformationen mit geringem Aufwand den realen Abstand zwischen dem dete ktierten Hindernis und dem Bildsensor ermitteln . Da der Abstand zwischen dem Bildsensor und einer dem Hindernis zugewandten Außenkante des Bearbeitungswerkzeugs ebenfalls be kannt oder leicht bestimmbar ist , kann die Sensorvorrichtung den aktuellen Abstand des Hindernis ses zu der Außenkante des Bearbeitungswerkzeugs ermitteln und die Lage des Bearbeitungswerkzeugs entsprechend verstellen, um den vorgegebenen Abstandsverlauf zu realisieren oder den vorgegebenen Mindestabstand einzuhalten . Somit ermöglicht die vorgestellte Sensorvorrichtung es im Gegensat z zu der konventionellen Sensorvorrichtung , einen vorgegebenen Mindestabstand oder Abstandsverlauf zwischen einem dete ktierten Hindernis und dem Bearbeitungswerkzeug präzise einzuhalten .
In einer Weiterbildung des vorgestellten Geräts ist die Sensorvorrichtung ferner ausgebildet , eine aktuelle Fortbewegungsges chwindigkeit des Geräts als einen Parameter bei dem Auswerten der durch den Bildsensor oder die Bildsensoren ermittelten Distanzinformationen, dem Detektieren des Hindernis ses und/oder dem Verändern oder Erzeugen von Steuerungswerten und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs zu berücksichtigen . Dies ermöglicht es , den Abstand, in dem ein Bearbeitungswerkzeug des vorgestellten land- oder forstwirtschaftliches Gerät an einem detektierten Hindernis vorbeigeführt wird, in Abhängigkeit von der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Geräts vorzugeben . Dies kann beispielsweise derart vorgenommen werden , dass ein mit hoher Geschwindigkeit bewegtes Bearbeitungswerkzeug bzw . Gerät mit einem aus Vorsichtsgründen zusätz lich vergrößerten Mindestabstand an einem detektierten Hindernis vorbeigeführt wird . Die Lösung der Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Sensorvorrichtung gelöst , die oben im Zusammenhang mit dem vorgestellten land- oder forstwirtschaftlichen Gerät vorgestellt worden ist . Diese Sensorvorrichtung weist mindestens ein Kameramodul mit einer Lichtemittiereinheit und einem Bildsensor mit einer Mehrzahl von Bildsensorelementen auf . Die Lichtemittiereinheit ist ausgebildet , Licht einer vorgegebenen Charakteristi k in den Bearbeitungsnahbereich zu emittieren . Der Bildsensor , des sen Sichtfeld in dem Bearbeitungsnahbereich liegt , ist ausgebildet , eine Abbildung zumindest eines Teils des Bearbeitungsnahbereichs mit bildsensorelementspe zifischen Distanzinformationen auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis in dem Bearbeitungs nahbereich auf den Bildsensor reflektierten Lichts zu ermitteln . Die Sensorvorrichtung ist ferner ausgebildet , mittels Auswertung der ermittelten Distanzinformationen ein Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich berührungslos zu dele ktieren und im Fall eines delektierten Hindernis ses Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs derart zu verändern oder zu erzeugen, dass eine andernfalls bevorstehende Kollis ion des Bearbeitungswerkzeugs mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich delektierten Hindernis vermieden wird .
Die Sensorvorrichtung ist mit einer Schnittstelleneinheit ausgerüstet , über welche die Sensorvorrichtung mit einer Schnittstelleneinheit des land- oder forstwirts chaftlichen Geräts koppelbar ist , um im Fall eines delektierten Hindernisses veränderte oder erzeugte Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten an das land- oder forstwirts chaftliche Gerät zu übertragen . Die Schnittstelleneinheit der Sensorvorrichtung kann auch ausgebildet sein, von dem land- oder forstwirtschaftlichen Gerät bzw . dessen Schnittstelleneinheit Steuerungswerte und/oder Steuerungs daten, die durch die Sensorvorrichtung im Fall eines dele ktierten Hindernisses geändert werden sollen, zu empfangen . Ferner kann die Schnittstelleneinheit der Sensorvorrichtung ausgebildet sein, Parameter des Geräts und/oder Informationen über die aktuelle Ges chwindigkeit des Geräts zu empfangen .
In einer besonders aufwandsgünstigen Implementierung ist die Sensorvorrichtung ausgebildet , einen Strom zur Ansteuerung eines Proportionalventils des land- oder forstwirtschaftlichen Geräts zu verändern oder zu erzeugen . Das Proportionalventil ist vorgesehen, um einen Hydraulikdruck in dem oben bes chriebenen Gelenk eines land- oder forstwirtschaftlichen Geräts in Abhängigkeit von dem Strom zu steuern, und somit auch das Ausmaß des Ausfahrens bzw . Einfahrens des Bearbeitungswerkzeugs zu steuern .
In einer Weiterbildung der vorgestellten Sensorvorrichtung ist die Sensorvorrichtung ausgebildet zur Ankopplung an ein konventionelles land- oder forstwirts chaftliches Gerät , das mit einer konventionellen berührungsbasierten Sensorvorrichtung ausgerüstet oder ausrüstbar ist . Diese Sensorvorrichtung ist als bes serer Ersatz oder Ergänzung für die konventionelle , berührungsbasierte Sensorvorrichtung des konventionellen Geräts vorgesehen .
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Steuern des oben vorgestellten land- oder forstwirtschaftlichen Geräts gelöst . Gemäß dem Verfahren emittiert die Sensorvorrichtung Licht einer vorgegebenen Charakteristik in den Bearbeitungsbereich . Die Sensorvorrichtung ermittelt eine Abbildung zumindest eines Teils des Bearbeitungsnahbereichs des Bearbeitungswerkzeugs mit bildsensorelementspezifischen Distanz informationen auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich auf den Bildsensor reflektierten Lichts . Die Sensorvorrichtung wertet die ermittelten Distanzinformationen aus und detektiert auf Grundlage der Auswertung ein Hindernis in dem Bearbeitungsbereich berührungslos . Im Fall eines delektierten Hindernis ses verändert oder erzeugt die Sensorvorrichtung Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs derart , das s eine andernfalls bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich delektierten Hindernis vermieden wird .
Die in dieser Anmeldung im Sinne einer erfindungsgemäßen Vorrichtung , hier das Gerät und die Sensorvorrichtung, offenbarten Merkmale sollen auch im Sinne eines erfindungsgemäßen Verfahrens als offenbart gelten und beanspruchbar sein und umge kehrt .
Die Merkmale des oben vorgestellten Geräts , der oben vorgestellten Sensorvorrichtung und des oben vorgestellten Verfahrens können im Sinne der Erfindung beliebig miteinander kombiniert werden, sofern eine derartige Kombination nicht offens ichtlich widersprüchlich ist . Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur Verdeutlichung des vorgestellten Geräts, der vorgestellten Sensorvorrichtung und des vorgestellten Verfahrens werden nun Ausführungsbeispiele mit Verweis auf die folgenden Figuren vorgestellt.
Fig. 1 veranschaulicht ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem voll ausgeschwenkten Bearbeitungswerkzeug in einer ersten Lage vor einer bevorstehenden Kollision mit einem Hindernis;
Fig. 2 veranschaulicht das land- oder forstwirtschaftliche Gerät von Fig. 1 mit einem auf ca . 45 Grad eingeschwenkten Bearbeitungswerkzeug in einer zweiten Lage mit Vermeidung der in der ersten Lage bevorstehenden Kollision mit dem Hindernis;
Fig. 3 veranschaulicht ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Kameramodulen.
Fig. 4A und Fig. 4B veranschaulichen in der Seitenansicht bzw. in der Draufsicht ein Messfeld einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5A und Fig. 5B veranschaulichen in der Seitenansicht bzw. in der Draufsicht ein Messfeld einer Sensorvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 6 veranschaulicht ein von einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendetes Verfahren zur Detektion von Hindernissen .
In den angeführten Figuren sind identische oder ähnliche Elemente, Komponenten, Werte und Intervalle figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Fig. 1 veranschaulicht ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Darstellungen in Fig. 1 und Fig. 2 sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Das land- oder forstwirtschaftliche Gerät 1 ist an seinem vorderen Ende mit einem Fahrzeug 10 gekoppelt und wird von diesem in Richtung des nach oben gerichteten Pfeils gezogen . Am hinteren Ende des Geräts 2 ist an einem durch Aufbringung bzw . Veränderung eines Hydrauli kdrucks verstellbaren Gelenk 13 ein Bearbeitungswerkzeug 2 angebracht .
In Fig . 1 ist das Bearbeitungswerkzeug 2 in einer ersten Lage L maximal ausgeschwenkt . Übliche Bearbeitungswerkzeuge stehen in voll ausgeschwenkter Lage ca . 40cm bis 60 cm von dem Gerät hervor, und in vollständig eingeschwenkter Lage kann das Ausmaß des Hervorstehens auf Null oder nahezu Null reduziert sein . Auf der in Fahrtrichtung des Geräts 1 linken Seite sind Rebstöcke in einer Reihe angeordnet , von denen aus Gründen einer besseren Darstellung nur ein Rebstock 3 gezeigt ist . Das Bearbeitungswerkzeug 2 ist beispielhaft eine Pflugschar , die möglichst weit ausgeschwenkt betrieben und nah an den j eweiligen Rebstöcken der Reihe entlang geführt werden soll , so dass der Abstand der Bodenbearbeitungsaußenkante der Pflugs char zu einem j eweiligen Rebstock klein gehalten wird . Außerdem ist in Fig . 1 in gestrichelter Form das Bearbeitungswerkzeug 2 in einer minimal ausgeschwenkten bzw . maximal eingeschwenkten Lage L dargestellt .
Das Gerät 1 ist an seinem vorderen Ende und auf der den Rebstöcken zugewandten Seite mit einer Sensorvorrichtung 4 versehen, die ein Kameramodul 5 mit einer Lichtemittiereinheit und einem Bildsensor enthält . Das Sichtfeld 8 des Kameramoduls 5 ist auf die in einer Reihe angeordneten Rebstöcke gerichtet und ist ausgebildet , die Distanz zwis chen dem Bildsensor und einem möglichen Hindernis , beispielsweise einem Rebstock, mit dem das voll ausgeschwenkte Bearbeitungswerkzeug kollidieren könnte , in dem Sichtfeld 8 zu ermitteln . Um eine Kollis ion zu vermeiden, muss das Sichtfeld 8 und somit auch das Kameramodul 5 mit einem geeignet gewählten Abstand in Fahrtrichtung vor dem Bearbeitungswerkzeug angeordnet sein . Die Anmelderin hat für eine Fortbewegungsgeschwindigkeit von ca . 8 km/h einen Abstand von ca . 50cm als geeigneten Abstand ermittelt .
Zeitlich vor der in Fig . 1 dargestellten Situation befand sich der in Fig . 1 abgebildete Rebstock 3 bereits in dem Sichtfeld 8 des Kameramoduls 5 der Sensorvorrichtung 4 . Die Sensorvorrichtung 4 hatte zu diesem Zeitpunkt den Rebstock 3 als Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich des Bearbeitungswerkzeugs 2 detektiert und hatte auf Grundlage der ermittelten Distanzinformationen die Distanz von der Sensorvorrichtung 4 zu dem Rebstock 3 ermittelt . Auf Grundlage dieser ermittelten Distanz erzeugt die Sensorvorrichtung 4 Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage L des Bearbeitungswerkzeugs 2 , um eine andernfalls bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs 2 mit dem Hindernis zu vermeiden .
In der in Fig . 1 dargestellten Situation wird das Gerät 1 noch mit maximal ausgeschwenktem Bearbeitungswerkzeug 2 durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 10 in Richtung des Hindernisses 3 bewegt und befindet sich daher noch auf Kollisionskurs mit dem Hindernis 3 . Die von der Sensorvorrichtung 4 in Abhängigkeit der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Geräts 1 erzeugten Steuerungsdaten bewirken , dass das Bearbeitungswerkzeug 2 während seiner Fortbewegung durch das Gerät 1 schrittweise um ca . 45 Grad einges chwenkt wird , und somit ohne Kollision mit dem Hindernis 3 an diesem vorbei geführt wird ( Fig . 2 ) . Nachdem das Bearbeitungswerkzeug 2 das Hindernis 3 ohne Kollision passiert hat , wird das Bearbeitungswerkzeug 2 unter Steuerung durch die Sensorvorrichtung 4 wieder maximal ausges chwenkt , wie durch die Linie 12 der Bodenbearbeitungsaußenkante der Pflugschar verans chaulicht . Die Sensorvorrichtung 4 kann als Steuerungswerte zum Einschwenken und Ausschwenken des Bearbeitungswerkzeugs 2 einen geeigneten Ansteuerungsstrom für ein Proportionalventil bereitstellen , welches den Hydrauli kdruck des Gelenks und somit auch das Ausmaß der Ausschwenkung einstellt .
Fig . 3 verans chaulicht ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät 1 gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung mit drei vertikal übereinander angeordneten Kameramodulen 5 -U, 5-M und 5-0 , die in einer Sensorvorrichtung 4 des nur aus zugsweise dargestellten Geräts 1 aufgenommen s ind . Die Sichtfelder 8 -U, 8-M und 8-0 der Kameramodule 5 -U , 5 -M und 5 -0 liegen in unterschiedlichen Höhenabschnitten H-U, H-M und H-0 und grenzen bei der oben beschriebenen Solldete ktionsdistanz SDD von ca . 50cm aneinander . Die untere Grenze des unteren Höhenabschnitts H-U des Kameramoduls 5 -U liegt bei der Solldetektionsdistanz SDD auf Bodenhöhe B .
Die optische Achse Z-M des mittleren Kameramoduls 5 -M verläuft parallel zur Bodenebene B . Die optische Achse Z-U des unteren Kameramoduls 5 -U ist um 14 Grad gegenüber der optischen Achse Z-M nach unten zur Bodenebene B geneigt . Die optische Achse Z -0 des oberen Kameramoduls 5 -0 ist um 14 Grad gegenüber der optischen Achse Z-M nach oben geneigt . Die Eigenschaft, dass die optischen Achsen Z-U und Z-0 die Winkelhalbierenden der das Sichtfeld 8-U bzw. 8-0 in vertikaler Richtung auf spannenden Sichtfeldgrenzen sind, ist in Fig. 3 nicht exakt, sondern nur grob dargestellt .
Die jeweiligen Abstände der in der Sensorvorrichtung 4 auf genommenen Kameramodule 5-U, 5-M und 5-0 zueinander müssen unter Berücksichtigung der Charakteristik der Sichtfelder 8-U, 8-M und 8-0 geeignet festgelegt werden. Die Kameramodule 5-U, 5-M und 5-0 sind vom gleichen Typ, beispielsweise aus der Klasse AFBR-S50MV85 von Broadcom, die gemäß ihren Spezifikationen für ein Sichtfeld mit einer Reichweite von 5 Meter bis 10 Meter oder mehr geeignet und ausgebildet sind. In jedem Kameramodul 5 ist eine eigene Lichtemittiereinheit 6 und ein eigener Bildsensor 7 untergebracht .
Fig. 4A und Fig. 4B veranschaulichen in der Seitenansicht bzw. in der Draufsicht ein Messfeld einer Sensorvorrichtung 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 5A und Fig. 5B veranschaulichen in der Seitenansicht bzw. in der Draufsicht ein Messfeld einer Sensorvorrichtung 4 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zahlenwerte sind in Millimeter angegeben. In beiden Ausführungsbeispielen sind die Kameramodule aus der Klasse AFBR-S50MV85 von Broadcom eingesetzt. Allerdings enthält die Sensorvorrichtung 4 von Fig. 4A und Fig. 4B Kameramodule, die gemäß ihren Spezifikationen für ein Sichtfeld mit einer Reichweite von 5m ausgelegt sind, wohingegen die Sensorvorrichtung 4 von Fig. 5A und Fig. 5B Kameramodule enthält, die gemäß ihren Spezifikationen für ein Sichtfeld mit einer Reichweite von 10m ausgelegt sind, einhergehend mit einem engeren Öf f nungswinkel des Messfeldes. Bei beiden Sensorvorrichtungen von Fig. 4A, 4B und Fig. 5A, 5B sind die verwendeten Kameramodule gemäß dem in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel angeordnet. Obwohl die Kameramodule gemäß ihren Spezifikationen für Reichweiten von 5 Meter bis 10 Meter ausgelegt sind, sind die Sensorvorrichtungen von Fig. 4A, 4B und Fig. 5A, 5B bezüglich der Detektion eines in dem Bearbeitungsnahbereich angeordneten Objekts bzw. Hindernisses beide für eine Solldetektionsdistanz von 500mm (mit einer Toleranz von ±50mm) ausgelegt. Die Sensorvorrichtung von Fig. 4A, 4B ist derart ausgestaltet, dass eine verzerrte Abbildung des Bearbeitungsnahbereichs ermittelt wird, so dass bei der Auswertung, ob oder ob nicht ein Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich ist, ein ellipsenförmiger Bereich als Idealbereich für die Detektion verwendet wird .
Fig . 6 verans chaulicht ein von einer Sensorvorrichtung 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendetes Verfahren zur Detektion von Hindernis sen 3 . Es wird eine in Fig . 3 veranschaulichte Sensorvorrichtung 4 mit drei vertikal untereinander angeordneten Kameramodulen 5-U, 5-M, 5 -0 mit unterschiedlich angeordneten und bei der Solldetektionsdistanz aneinandergrenzenden Höhenabschnitten H-U, H-M und H-0 verwendet .
Jeder Bildsensor 7 eines j eweiligen Kameramoduls 5 -U, 5 -M, 5 -0 hat 4 Reihen mit j eweils 4 Bildsensorelementen, so dass j eder Bildsensor 7 als eine Abbildung mit bildsensorspez ifischen Distanz informationen eine 4x4-Tief enkarte ermitteln kann . In Fig . 6 ist die gesamte Tiefenkarte bzw . das gesamte Tiefenprofil eines Rebstocks als in Zentimeter-Werten angegebene Distanzwerte veranschaulicht , welche mit den drei Kameramodulen 5 -U , 5 -M, 5 -0 der in Fig . 3 veranschaulichten Sensorvorrichtung 4 ermittelt wurden .
Um anhand der in der linken Hälfte von Fig . 6 veranschaulichten detaillierten Tiefenkarte mit geringem Verarbeitungsauf and und mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit ein Hindernis zu delektieren , wird zunächst für j ede 4x4 -Tief enkarte eines j eweiligen Bildsensors 7 ein j eweiliger Mittelwert ermittelt . Diese drei Mittelwerte s ind für das in Fig . 6 abgebildete Beispiel des Rebstocks in der rechten Hälfte von Fig . 6 dargestellt . Ans chließend wird auf Grundlage dieser drei Mittelwerte geprüft , ob oder ob nicht ein Hindernis delektiert wird . In dem Fall , dass beide Mittelwerte des oberen und des mittleren Bildsensors 7-M, 7-0 höchstens um einen vorgegebenen Toleranzbetrag von beispiels weise ±5 cm abweichen, wird dies als ein detektiertes Hindernis interpretiert . Da in dem gezeigten Beispiel beide Mittelwerte 52 cm betragen, liegt die Abweichung innerhalb des vorgegebenen Toleranzbetrags . Folglich gilt damit ein Hindernis 3 in einer Distanz von 52 cm zu der Sensorvorrichtung 4 als delektiert . Diese Distanz von 52 cm kann die Sensorvorrichtung 3 in eine Distanz zwis chen dem Bearbeitungswerkzeug 2 und dem Hindernis 3 umrechnen und entsprechend die Lage des Bearbeitungswerkzeugs 2 verstellen, damit eine Kollision zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 2 und dem detektierten Rebstock 3 vermieden wird .

Claims

26
Figure imgf000028_0001
Land- oder forstwirtschaftliches Gerät (1) mit einem in seiner Lage (L) steuerbar verstellbaren Bearbeitungswerkzeug (2) und mit einer Sensorvorrichtung, die ausgebildet ist, ein erhabenes Hindernis (3) in einem Bearbeitungsnahbereich des Bearbeitungswerkzeugs (2) zu delektieren und im Fall eines delektierten Hindernisses (3) eine Verstellung der Lage (L) des Bearbeitungswerkzeugs (2) zu veranlassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) mindestens ein Kameramodul (5) mit einer Lichtemittiereinheit (6) und einem Bildsensor (7) mit einer Mehrzahl von Bildsensorelementen aufweist, wobei die Lichtemittiereinheit (6) ausgebildet ist, Licht einer vorgegebenen Charakteristik in den Bearbeitungsnahbereich zu emittieren, und dass der Bildsensor (7) , dessen Sichtfeld (8) in dem Bearbeitungsnahbereich liegt, ausgebildet ist, eine Abbildung zumindest eines Teils des Bearbeitungsnahbereichs mit bildsensorelementspezifischen Distanzinformationen auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis (3) in dem Bearbeitungsnahbereich auf den Bildsensor (7) reflektierten Lichts zu ermitteln, und dass die Sensorvorrichtung (4) ferner ausgebildet ist, mittels Auswertung der ermittelten Distanzinformationen ein Hindernis (3) in dem Bearbeitungsnahbereich berührungslos zu delektieren und im Fall eines delektierten Hindernisses (3) Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage (L) des Bearbeitungswerkzeugs (2) derart zu verändern oder zu erzeugen, dass eine andernfalls bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs (2) mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich delektierten Hindernis (3) vermieden wird. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) mehrere Kameramodule (5, 5-U, 5-M, 5-0) aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Sichtfelder (8, 8-U, 8-M, 8-0) der Kameramodule (5, 5-U, 5-M, 5-0) in unterschiedlichen Höhenabschnitten (H-U, H-M, H-0) des Bearbeitungsnahbereichs liegen. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, bevorzugt alle, der Kameramodule (5, 5-U, 5-M, 5-0) derart angeordnet sind, dass die optischen Achsen (Z, Z-U, Z-M, Z-O) von Kameramodulen (5, 5-U, 5-M, 5-0) benachbarter Höhenabschnitte in der Vertikalebene auseinander laufen, bevorzugt in einem Winkel im Bereich von 12 bis 16 Grad, besonders bevorzugt im Bereich von 13 bis 15 Grad, und sehr besonders bevorzugt von 14 Grad. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ausgebildet ist, ein Hindernis (3) auf Grundlage einer Prüfung zu detektieren, ob oder ob nicht durch die Distanzinformationen benachbarter Höhenabschnitte repräsentierte Distanzen innerhalb eines vorgegebenen Distanztoleranzbereichs liegen. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ausgebildet ist, eine bodennahe Distanz zu dem detektierten Hindernis (3) auf Grundlage einer Auswertung der Distanzinformationen einer Anzahl von Kameramodulen (5-M, 5-0) zu schätzen, deren Sichtfelder (8-M, 8-0) nicht in einem bodennahen Höhenabschnitt (H-U) des Bearbeitungsnahbereichs liegen, und die Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten auf der Grundlage der geschätzten bodennahen Distanz derart zu verändern oder zu erzeugen, dass eine andernfalls bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs (2) mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich detektierten Hindernis (3) vermieden wird. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ausgebildet ist, das Auswerten der durch den Bildsensor (7) oder die Bildsensoren (7-U, 7-M, 7-0) ermittelten Informationen und das Detektieren des Hindernisses (3) mit Verwendung eines parametrisierbaren und/oder adaptiven Algorithmus und/oder einer bevorzugt trainierten Datenbank durchzuführen. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ausgebildet ist, eine Hangneigung des Bearbeitungsnahbereichs als einen Parameter bei dem Auswerten der durch den Bildsensor (7) oder die Bildsensoren (7-U, 7-M, 7-0) ermittelten Informationen, dem Detektieren des Hindernisses (3) und/oder dem Verändern oder Erzeugen von Steuerungswerten und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs zu berücksichtigen. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemittiereinheit (6, 6-U, 6-M, 6-0) und der Bildsensor (7, 7-U, 7-M, 7-0) jedes Kameramoduls (5, 5-U, 5-M, 5-0) der Sensorvorrichtung (4) mit voneinander optisch getrennten Schutzabdeckungen ausgerüstet sind und bevorzugt jeder Bildsensor (7, 7-U, 7-M, 7-0) mittels mechanischer Abschirmung vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt ist. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ferner ausgebildet ist, die Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage (L) des Bearbeitungswerkzeugs derart zu erzeugen, dass während einer Fortbewegung des land- oder forstwirtschaftlichen Geräts (1) relativ zu dem detektierten Hindernis (3) das Bearbeitungswerkzeug (2) gemäß einem vorgegebenen Abstandsverlauf an dem detektierten Hindernis (3) vorbeigeführt wird und/oder ein vorgegebener Mindestabstand zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (2) und dem detektierten Hindernis (3) eingehalten und/oder nicht unterschritten wird. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ferner ausgebildet ist, eine aktuelle Fortbewegungsgeschwindigkeit des Geräts (1) als einen Parameter bei dem Auswerten der durch den Bildsensor (7) oder die Bildsensoren (7-U, 7-M, 7-0) ermittelten Distanzinformationen, dem Detektieren des Hindernisses (3) und/oder dem Verändern oder Erzeugen von Steuerungswerten und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage des Bearbeitungswerkzeugs zu berücksichtigen. Sensorvorrichtung (4) für ein land- oder forstwirtschaftliches Gerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) ausgebildet ist zur Ankopplung an ein konventionelles land- oder forstwirtschaftliches Gerät, das mit einer konventionellen berührungsbasierten Sensorvorrichtung ausgerüstet oder ausrüstbar ist, und vorgesehen ist 29 als Ersatz oder Ergänzung für dessen konventionelle, berührungsbasierte Sensorvorrichtung. Verfahren zum Steuern eines land- oder forstwirtschaftlichen Geräts (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (4) Licht einer vorgegebenen Charakteristik in den Bearbeitungsbereich emittiert, eine Abbildung zumindest eines Teils des Bearbeitungsnahbereichs des Bearbeitungswerkzeugs mit bildsensorelementspezifischen Distanzinformationen auf Grundlage des emittierten und von einem Hindernis in dem Bearbeitungsnahbereich auf den Bildsensor (7, 7- U, 7-M, 7-0) reflektierten Lichts ermittelt, die ermittelten Distanzinformationen auswertet und auf Grundlage der Auswertung ein Hindernis in dem Bearbeitungsbereich berührungslos detek- tiert, und im Fall eines detektierten Hindernisses Steuerungswerte und/oder Steuerungsdaten zum Verstellen der Lage (L) des Bearbeitungswerkzeugs (2) derart verändert oder erzeugt, dass eine andernfalls bevorstehende Kollision des Bearbeitungswerkzeugs (2) mit dem in dem Bearbeitungsnahbereich detektierten Hindernis (3) vermieden wird.
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