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Für die automatisierte Entmistung von Tierställen sind neben den seit längerem gebräuchlichen Seilzugschiebern auch über einer von Tierkot zu räumenden Fläche frei verfahrbare Geräte bekannt, welche sich unbemannt autonom über die zu reinigende Fläche bewegen und auch als Entmistungsroboter bezeichnet werden. Die Fahrbewegung der Geräte ist durch eine Steuereinrichtung, welche typischerweise in das selbstfahrende Gerät integriert ist, gesteuert, wobei die zu räumende Fahrfläche nach unterschiedlichen Fahrstrategien überstrichen werden kann. Ein zum Räumen der Fläche über diese bewegter Räumschieber des Geräts bestimmt eine auf das Fahrgestell des Geräts bezogene Haupt-Fahrrichtung.
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Wesentliche Bedeutung hat auch bei solchen Geräten der Schutz von auf der Fahrfläche befindlichen Tieren, wofür Mittel zur Hinderniserkennung an dem Gerät vorgesehen sein können. Bei Erkennen eines Hindernisses, insbesondere durch Anfahren eines Hindernisses, welches insbesondere durch ein Tierbein gebildet sein kann, wird die Fahrbewegung gestoppt. Eine Fortsetzung der Fahrbewegung kann nach Entfernen des Hindernisses erfolgen oder ein Fahrmanöver mit Zurückfahren und mit Richtungsändern zum seitlichen Umfahren des Hindernisses umfassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstfahrendes Entmistungsgerät mit einem Räumschieber und mit Mitteln zur Hinderniserkennung anzugeben, welches bei hoher Sicherheit für auf der zu räumenden Fläche befindliche Tiere und bei einfachem Aufbau eine verbesserte Steuerung der Fahrbewegung ermöglicht.
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Die Erfindung ist im unabhängigen Anspruch beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Schutzvorrichtung ist relativ zu dem Fahrgestell des Geräts um ein begrenztes Maß, d. h. entgegen einer Rückstellkraft verlagerbar. Bei Anfahren der Schutzvorrichtung an ein Hindernis liegt die Schutzvorrichtung mit vorteilhafterweise anfänglich geringer, bei weiterer relativer Verlagerung zunehmender Kraft an dem Hindernis anliegt.
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Die Verlagerung der Schutzvorrichtung relativ zu dem Fahrgestell des selbstfahrenden Entmistungsgeräts wird in zwei Dimensionen parallel zu der Fahrfläche detektiert und die Steuereinrichtung wertet Sensorsignale der Sensoreinrichtung aus, um in Abhängigkeit von den Sensorsignalen eine Fahrbewegung zur Umfahrung des Hindernisses einzuleiten. Es zeigt sich, dass durch die elastische Verlagerbarkeit und die zweidimensionale Erfassung der Verlagerung im Mittel eine deutlich verbesserte Umfahrung des Hindernisses durch eine von den Sensorsignalen abhängige Steuerung einer Fahrbewegung des Geräts nach einem Hinderniskontakt ergibt. Insbesondere enthalten die Sensorsignale implizit eine Information über die zumindest ungefähre Position des Hindernisses entlang des Außenrandes der Schutzvorrichtung, woraus sich eine verbesserte Ableitung einer das Hindernis umfahrenden Fahrbewegung ergibt.
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Die Verlagerbarkeit relativ zu dem Fahrgestell ist insbesondere parallel zu der Fahrfläche gegeben und umfasst in bevorzugter Ausführung sowohl translatorische Verlagerungen in zwei Dimensionen parallel zu der Fahrfläche als auch eine Verschwenkung der Schutzvorrichtung relativ zu dem Fahrgestell um eine senkrecht auf der Fahrfläche stehende Schwenkachse. Die Verschwenkbarkeit um die Schwenkachse ist dabei auf kleine Winkel von vorteilhafterweise weniger als 10°, insbesondere weniger als 5° beschränkt.
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In besonders vorteilhafter Ausführung enthält die Sensoreinrichtung zwei voneinander beabstandete Sensoren, welche jeweils zur zweidimensionalen Erfassung translatorischer Verlagerungen parallel zu der Fahrfläche ausgebildet sind. Unterschiede in den an den beiden Sensorpositionen gemessenen translatorischen Verlagerungen enthalten implizit eine Information über eine Verschwenkung um eine auf der Fahrfläche senkrecht stehende Schwenkachse. Der gegenseitige Abstand zweier solcher Translationen messender Sensoren beträgt vorteilhafterweise wenigstens 25% der quer zur Haupt-Fahrrichtung gemssenen Breite der Schutzvorrichtung. Vorteilhafterweise sind zwei Sensoren spiegelsymmetrisch bezüglich einer in Haupt-Fahrrichtung verlaufenden Mittelebene des Geräts angeordnet. Die Sensoren können insbesondere zur Messung nach einem magnetischen, insbesondere magnetostatischen Messprinzip ausgebildet sein und hierfür eine Magnetanordnung, insbesondere mit Permanentmagneten enthalten. Derartige Sensoren sind in verschiedenen Ausführungen an sich bekannt und daher hier nicht weiter beschrieben.
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In vorteilhafter Weiterbildung können mit der Schutzvorrichtung zusätzlich Mittel zur Detektion einer Berandung der begrenzten Fahrfläche verbunden sein, welche eine Detektion der Berandung insbesondere durch mechanischen Anschlag einer Berandungsstufe vornehmen. Durch die starre Verbindung dieser Detektionsmittel mit der Schutzvorrichtung kann eine Erkennung der Berandung vorteilhafterweise ohne zusätzliche Sensoren mit der bereits für die Verlagerung der Schutzvorrichtung vorhandenen Sensoreinrichtung und der die Sensorsignale auswertenden Steuereinrichtung erfolgen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:
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1 eine Schrägansicht eines Geräts,
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2 eine Draufsicht auf das Gerät,
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3 eine Sensorstellung bei einer Hindernissituation.
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1 zeigt in Ansicht von vorne schräg oben ein unbemannt selbstfahrendes Entmistungsgerät, welches durch zwei einzeln motorisch ansteuerbare Räder RA antreibbar ist, wobei von den beiden Rädern lediglich ein in Fahrtrichtung rechts befindliches Rad RA dargestellt ist, welches durch eine Radabdeckung RC abgedeckt ist. Das auf der gegenüber liegenden Seite beim Betrieb des Entmistungsgeräts vorhandene Rad sowie die zugehörige Radabdeckung sind in 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber weg gelassen, um den Blick auf eine Haltevorrichtung zum Halten einer Schutzvorrichtung an dem Gerät für den Betrachter sichtbar darzustellen. Das Gehäuse des Gerätes GE ist im Betrieb durch eine Abdeckung GC nach oben verschlossen und enthält insbesondere Batterien zum Betrieb der die Räder RA antreibenden Elektromotoren und elektronische Einrichtungen. Aus der Draufsicht auf das Gerät nach 2 ist erkennbar, dass als weitere Abstützung des Geräts auf der von diesem überfahrenen Fläche pendelnd aufgehängte Räder RL vorgesehen sein können. Eine Fahrtrichtungssteuerung bzw. ein Drehen des Gerätes um eine vertikale Achse kann allein durch unterschiedliche Ansteuerung der einzeln angetriebenen Räder RA erfolgen. Mit dem Fahrgestell FG des Gerätes verbunden ist ein Räumschieber RS, welcher in 1 teilweise sichtbar ist.
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Mit eingezeichnet ist ein rechtwinkliges x-y-z-Koordinatensystem, bei welchem die x-Richtung die im Regelfall horizontale Haupt-Fahrrichtung des Geräts, welche zugleich die Haupt-Räumrichtung bildet, angibt. Die y-Richtung bildet die orthogonal zur x-Richtung verlaufende Horizontalrichtung und die y-Richtung die Vertikalrichtung an.
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Der Räumbereich in x-Richtung vor dem Räumschieber RS ist durch eine zur Schutzvorrichtung gehörende Platte SS überdeckt. Diese Platte SS ist nicht fest mit dem Räumschieber verbunden, sondern über eine Haltevorrichtung SB an dem Fahrgestell FG des Geräts gehalten. Die Halterung ist dabei so gestaltet, dass die Platte SS in x-Richtung und in y-Richtung um ein geringes Maß relativ zu dem Fahrgestell FG des Gerätes verschiebbar ist. Hierzu sind zwischen einem starren Teil der Haltevorrichtung SB und dem Fahrgestell FG in dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel gummielastische Lagerkörper LH und LV eingefügt. Bei Einwirkung einer horizontalen Kraft auf eine Berandungskante SK der Schutzvorrichtung SS kann diese innerhalb der Beweglichkeit der Haltevorrichtung SB relativ zu dem Fahrgestell SB in x-Richtung und in y-Richtung relativ zum Fahrgestell FG und relativ zum Räumschieber RS verschoben werden. Mit dem Fahrgestell FG relativ zu diesem ortsfest verbunden sind über Sensorhalterungen SH ein erster Sensor SE1 und ein zweiter Sensor SE2. Die beiden Sensoren SE1, SE2 sind in y-Richtung gegeneinander versetzt angeordnet, wobei der gegenseitige Abstand der beiden Sensoren vorteilhafterweise wenigstens 25% der Abmessung der Schutzvorrichtung SS in y-Richtung beträgt. Relativ zu der Schutzvorrichtung SS ortsfest sind zwei Magnete M1, M2 angeordnet, deren Position durch die Sensoren SE1 bzw. SE2 in x-Richtung und in y-Richtung detektiert werden kann. Die Magnete M1 und M2 nehmen bei einer Ruhestellung der Schutzvorrichtung SS ihrerseits Ruhepositionen relativ zu den Sensoren SE1 bzw. SE2 ein.
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Wenn das unbemannt selbstfahrende Gerät während eines Räumvorgangs, bei welchem die Fahrrichtung zumindest annähernd in x-Richtung verläuft, mit der Kante SK der Schutzvorrichtung SS gegen ein Hindernis, beispielsweise ein Bein eines auf der zu räumenden Fläche stehenden Tieres anstößt, wird die Schutzvorrichtung SS durch die elastisch verschiebbare Lagerung am Fahrgestell relativ zum Fahrgestell verschoben, wobei die Verschiebung im Detail abhängig ist von der Position eines solchen Hindernisses entlang des Verlaufs der Kante SK der Schutzvorrichtung und in geringerem Maße von der aktuellen Fahrrichtung des Geräts. Bei einer solchen Verschiebung der Schutzvorrichtung SS aus ihrer Ruheposition relativ zu dem Fahrgestell FG verschieben sich auch die Magnete M1, M2 in x-Richtung und/oder in y-Richtung relativ zu den Sensoren SE1 bzw. SE2. Eine solche Relativverschiebung wird durch die Sensoren SE1 und SE2 nach Betrag und Richtung detektiert und die dabei erzeugten Sensorsignale werden in einer vorzugsweise in dem Gehäuse GE des Geräts integrierten Steuereinrichtung ausgewertet, um zum einen die Weiterfahrt des Gerätes in der bisherigen Fahrtrichtung zu stoppen, um eine Verletzung eines Tieres zu verhindern, und zum anderen, um eine Strategie für ein Bewegungsmanöver zur Bewegung des Geräts um das Hindernis herum abzuleiten. Ein solches Bewegungsmanöver umfaßt typischerweise ein anfängliches Zurückfahren des Gerätes und eine Neuausrichtung der Fahrtrichtung. Mit der Information aus den Sensorsignalen erweist sich die Ableitung eines Bewegungsmanövers zur Umfahrung des Hindernisses als besonders effektiv.
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3 zeigt schematisch die Verschiebung der Magnete M1, M2 aus deren Ruheposition relativ zu den Sensoren bei Auslenkung der Schutzvorrichtung SS nach Anstoß an ein Hindernis HI. Das Hindernis befindet sich dabei in y-Richtung gegen die in x-Richtung verlaufende Mittellängsebene des Fahrzeugs versetzt an der Kante SK der Schutzvorrichtung SS. Durch die außermittig auftretende Kraft beim Anstoßen an das Hindernis wird die Schutzvorrichtung SS im Bereich des zweiten Sensors SE2 stärker nach hinten verschoben als beim Sensor SE1. Während der Magnet M1 in x-Richtung kaum relativ zu seiner mit unterbrochener Linie eingezeichneten Ruheposition R1 verschoben wird, ist eine Verschiebung des Magneten M2 in x-Richtung relativ zu dessen Ruheposition R2 erheblich größer. Die Verschiebungen in y-Richtung seien in diesem Fall annähernd gleich groß. Aus der Differenz der Relativverschiebungen der beiden Magnete aus ihren jeweiligen Ruhepositionen bezüglich der zugeordneten Sensoren kann in der Steuereinrichtung abgeleitet werden, dass sich das durch die Kante SK angestoßene Hindernis in y-Richtung vermutlich zwischen dem zweiten Sensor SE2 und der rechtsseitigen Berandung der Schutzvorrichtung befindet und dass ein Umfahrmanöver daher am ehesten Erfolg verspricht, wenn das Gerät nach Zurücksetzen gegenüber der bisherigen Fahrtrichtung eine nach links versetzte Fahrtrichtung einschlägt, um den Räumvorgang fortzusetzen.
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Die Schutzvorrichtung SS ist im skizzierten Beispielsfall durch eine im wesentlichen ebene Platte gebildet, welche eine in Fahrtrichtung gewölbt verlaufende Kante SK aufweist. Die Plattenform der Schutzvorrichtung deckt vorteilhafterweise den Räumbereich in Fahrtrichtung vor dem Räumschieber RS ab. Eine Vertikalverschiebung der Schutzvorrichtung ist am Gehäuse des Gerätes durch Abstützungen ST verhindert. Eine Vertikalverschiebung, insbesondere bei Auftreten eines Tieres auf die Schutzvorrichtung kann zum einen durch die Haltevorrichtung SB verhindert sein, zum anderen kann sich die Schutzvorrichtung auch an dem Räumschild vertikal abstützen, ohne dass hierdurch die horizontale relative Beweglichkeit gegenüber dem Fahrgestell beeinträchtigt wird. Die Sensoreinrichtung mit den beiden Sensoren kann vorteilhafterweise durch eine zusätzliche Abdeckung, welche in den Figuren zum Sichtbarmachen der Sensoreinrichtung weg gelassen ist, abgedeckt werden. Die Kante SK kann in vorteilhafter Ausführung durch eine breitere Anstoßvorrichtung, beispielsweise ein Rohr, ein gewölbtes Profil oder dergleichen abgedeckt sein, um eine breitere Anstoßfläche zu erzeugen, welche weniger irritierend auf die Tiere wirkt.
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Während die Schutzvorrichtung SS dazu ausgebildet ist, auf der durch das Gerät zu reinigenden Fläche befindliche Hindernisse zu detektieren, kann zusätzlich eine Einrichtung zur Erkennung einer durch eine Berandungskante gebildeten Berandung der zu überfahrenden Fläche vorgesehen sein. Hierzu sind in vorteilhafter Ausführung Randdetektoren RD von der Schutzvorrichtung SS nach unten ragend vorgesehen. Diese Randdetektoren RD reichen bis knapp über die von dem Gerät überfahrene Fläche, aber unter die Berandungskante, und sind vorteilhafterweise starr mit der Schutzvorrichtung SS verbunden. Durch die starre Verbindung der Randdetektoren RD mit der Schutzvorrichtung SS kann ein Anschlag der Randdetektoren RD an eine Berandungsstufe vorteilhafterweise mittels derselben Sensoren SE1, SE2 in der Steuereinrichtung ausgewertet werden, wobei die Ursache einer horizontalen Relativverschiebung der Schutzvorrichtung durch die Relativverschiebungen der Magnete M1, M2 bezüglich den zugeordneten Sensoren SE1, SE2 erkannt werden kann.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.