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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Landmaschine gemäß den Hauptansprüchen.
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Die Automatisierung ist bei Feldmaschinen soweit fortgeschritten, dass die Arbeitsschritte zur Feldbearbeitung größtenteils selbst durchgeführt werden, jedoch die Navigation auf dem Feld weiterhin von einem Fahrer zu übernehmen ist. Als Beispiel ist hier z. B. eine teilweise autonome Längsführung zu nennen. Hier wird der ISOBUS dazu verwendet, die Längsgeschwindigkeit des Traktors zu regeln in Abhängigkeit der Schwadbreite und Höhe. Weiterhin kann auch eine Rundballenpresse den Traktor steuern. Wenn ein Rundballen in der Ladekammer groß genug ist, stoppt die Presse über den ISOBUS den Traktor und steuert die Hydraulik so an, dass der Ballen gewickelt und ausgeworfen wird. Anschließend fährt der Traktor selbstständig wieder an. Diese Zyklen sind jeweils ereignisgesteuert. Das bedeutet, dass bei einem bestimmten Ereignis (Rundballen groß genug) eine vorprogrammierte Aktion (Traktor anhalten) eingeleitet wird. Des Weiteren gibt es diverse automatisierte Querführungseinrichtungen im Landwirtschaftsbereich. Traktoren werden GPS-gesteuert gelenkt, um bei der Feldarbeit eine exakte Linie nachfahren zu können. Auch der Feldrand wird erkannt- und bei dessen Erreichen das Vorgewendemanagement automatisch bedient. Es werden hier also Orts- und ereignisgesteuerte Zyklen angewendet, die entsprechend vorprogrammiert sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Ansteuerung einer Landmaschine sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Ansteuerung einer Landmaschine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Landmaschine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Auslesen einer in einem Speicher abgespeicherten Sequenz von Ansteuerungsbefehlen, wobei die Sequenz von Ansteuerungsbefehlen eine zeitliche Abfolge von mehreren vorbestimmten Bewegungen von unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine repräsentiert; und
- – Ansteuern der Komponenten der Landmaschine unter Verwendung der Sequenz von Ansteuerungsbefehlen, um eine Bewegung der einzelnen Komponenten der Landmaschine entsprechend der Sequenz zu bewirken.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die Einheiten aufweist, die ausgebildet sind, um die Schritte des vorstehend genannten Verfahrens oder einer Variante davon auszuführen oder umzusetzen. Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Daten- und/oder Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Unter einer Landmaschine ist ein landwirtschaftliches Nutzgerät wie beispielsweise ein Traktor, Mähdrescher, Hächsler oder ein ähnliches Gerät zu verstehen, insbesondere welches als selbstfahrendes Gerät ausgestaltet ist. Unter einem Speicher kann beispielsweise ein elektronischer, magnetischer oder anderer Speicher sein, der elektronisch auslesbare Signale speichern kann. Unter einer Sequenz von Ansteuerungsbefehlen ist ihm beispielsweise eine Liste von Befehlen zu verstehen, die bei einer Abarbeitung Bewegungen von unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine bewirkt. Beispielsweise kann eine erste Komponente der Landmaschine der Fortbewegung der Landmaschine dienen, beispielsweise einen diese erste Komponente in Form eines Getriebes in Verbindung mit Rädern der Landmaschinen ausgestaltet ist. Eine andere Komponente der Landmaschine kann beispielsweise eine Zapfwelle zum Antrieb von einem an die Landmaschine angekoppelten Arbeitsgerät wie beispielsweise einem Heuladewagen oder einem Maishächsler. Ein solches Arbeitsgerät oder Arbeitsmittel kann dabei ein nicht selbstfahrendes Gerät zur Bestellung oder zum Abernten einer landwirtschaftlichen Nutzfläche sein. Die Sequenz von Ansteuerungsbefehlen kann dabei einen Zyklus von vorbestimmten Bewegungen der unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine repräsentieren.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Ansteuern der Komponenten der Landmaschine unter Verwendung der Sequenz von Ansteuerungsbefehlen eine teilautomatische oder automatische Steuerung der Bewegungen von Komponenten der Landmaschine möglich wird, die zuvor durch das Abspeichern der Sequenz von Ansteuerungsbefehlen in dem Speicher eintrainiert wurde. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft eine Entlastung des Fahrers der Landmaschine erreichen, wenn nicht sogar der Fahrer der Landmaschine für die Ausführung der vor bestimmten Bewegungen der unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine vollständig durch ein Steuergerät ersetzt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Schritt des Aufzeichnens einer zeitlichen Abfolge von mehreren Bewegungen von unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine und ein Schritt des Abspeicherns der aufgezeichneten zeitlichen Abfolge als Sequenz von Ansteuerungsbefehlen in dem Speicher vorgesehen sind. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass in unterschiedlichen lokalen Gegebenheiten unterschiedliche Bewegungsabläufe von Komponenten der Landmaschine eintrainiert werden können, sodass eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sehr flexibel an die örtlichen Gegebenheiten im Bereich des landwirtschaftlichen Betriebes angepasst werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Schritt des Ansteuerns zumindest eine Komponente der Landmaschine angesteuert wird, die zur Fortbewegung der Landmaschine zwischen zwei voreinander beabstandet angeordneten geografischen Positionen ausgebildet ist und zumindest eine weitere Komponente zur Bewegung eines mit der Landmaschine verbundenen Arbeitsgeräts angesteuert wird. Als Arbeitsgerät kann hierbei, wie vorstehend bereits genannt, ein Gerät zur Veränderung einer Bodenbeschaffenheit, wie beispielsweise ein Pflug, oder ein Gerät zur Aufnahme eines landwirtschaftlichen Produkts, wie beispielsweise ein Ladewagen für Gras oder Heu oder eine Frontladegabel, verstanden werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine komplexe Bewegung der Landmaschine bzw. ein Zusammenspiel der Komponenten der Landmaschine zu einer komplexen Bewegung ermöglicht wird, wobei diese Bewegung oder das Zusammenspiel der Komponenten der Landmaschine automatisch steuerbar ist. Auf diese Weise kann ein solches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch die Steuerung einer solchen komplexen Bewegung den Fahrer in einem hohen Maße entlasten oder sogar entbehrlich machen.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ansteuerns die Sequenz von Ansteuerungsbefehlen mehrfach zeitlich nacheinander angewendet wird, um eine Bewegung der einzelnen Komponenten entsprechend der Sequenz zu bewirken. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass nur Arbeitsvorgang in dem mehrere Teilvorgänge unterteilt werden kann, die jeweils durch die Ausführung einer Sequenz von Ansteuerungsbefehlen ausgeführt werden können. Hierdurch kann eine Vereinfachung der Ansteuerung der Komponenten der Landmaschine erreicht werden, die eine geringere Fehleranfälligkeit aufweist.
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Um eine präzise Ausführung eines gewünschten Arbeitsvorgangs durch die Verwendung der Sequenz von Ansteuerungsbefehlen zu erreichen, kann im Schritt des Ansteuerns eine Berücksichtigung einer aktuellen geografischen Position der Landmaschine und/oder einer gewünschten geografischen Position der Landmaschine nach einem Durchführen der Ansteuerung erfolgen, insbesondere wobei die geografische oder die gewünschte geografische Position der Landmaschine unter Verwendung eines satellitengestützten Ortungssystems erhalten wurde. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Anpassung der Ansteuerungsbefehle für die Komponenten der Landmaschine hin nach II geografische Position der Landmaschine durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann bei einer Bearbeitung eines Feldes als landwirtschaftliche Nutzfläche eine Achtung der Landmaschine auf diesem Feld erfolgen, sodass im Schritt des Anstands eine ungleichmäßige Begrenzung des Feldes erkannt werden kann und die Ansteuerungsbefehle an diese ungleichmäßige Begrenzung angepasst werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass durch die Landmaschine nur ein tatsächlich auch zu bearbeiten der Bereich innerhalb der ungleichmäßigen Begrenzung des Feldes auch tatsächlich gearbeitet wird. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch ein Hindernis wie beispielsweise ein Hochspannungsmast innerhalb der landwirtschaftlichen Nutzfläche erkannt werden, das für die Ansteuerung der Komponenten der Landmaschine zu berücksichtigen ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Ansteuerns ein von einem Sensor erkanntes Objekt in einem vorgesehenen Bewegungsbereich der Landmaschine oder eines Arbeitsgerätes der Landmaschine berücksichtigt werden, um zu verhindern, dass die Landmaschine oder das Arbeitsgerät mit dem erkannten Objekt kollidiert oder sich dem erkannten Objekt um mehr als einen vorbestimmten Mindestabstand nähert. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass von einer derart arbeitenden Landmaschine ein sehr geringes Risiko für Personen oder Tiere besteht, die sich im Bereich des landwirtschaftlichen Betriebes freilaufend aufhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Auslesens aus dem Speicher eine zweite abgespeicherte Sequenz von Ansteuerungsbefehlen ausgelesen werden. Die zweite Sequenz von Ansteuerungsbefehlen repräsentiert eine zeitliche Abfolge von mehreren vorbestimmten Bewegungen von unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine, wobei sich die zweite Sequenz von der zeitlichen Abfolge der vorbestimmten Bewegungen von unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine gemäß der Sequenz unterscheidet. Ferner kann gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ansteuerns die Komponenten der Landmaschine zunächst unter Verwendung der Sequenz und nachfolgend unter Verwendung der zweiten Sequenz von Ansteuerungsbefehlen angesteuert werden, um eine Bewegung der einzelnen Komponenten entsprechend der Sequenz oder der zweiten Sequenz zu bewirken. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass unterschiedliche Bewegungen der Landmaschine oder Komponenten der Landmaschine, die sich beispielsweise in mehrere gleichartige Teilsequenzen von Bewegungen unterteilen lassen, auch durch solche kleinere Teilsequenzen in einem Speicher abgelegt werden können. Für den Schritt des Anstands brauchen dann lediglich diese kleineren Teilsequenzen ausgelesen und beispielsweise mehrfach hintereinander angewendet werden, um zu einer Ansteuerung der komplexen Bewegung der Landmaschine bzw. der Komponenten der Landmaschine verwendet zu werden. Auf diese Weise lässt sich durch eine Unterteilung einer länger andauernden diese Bewegung in mehrere einzelne Teilbewegungen eine Vereinfachung der Abspeicherung bzw. der Ansteuerung dieser Gesamtbewegung erreichen.
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Günstig ist es ferner, wenn gemäß seiner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ansteuerns Bewegungen von Komponenten der Landmaschine angesteuert werden, um eine Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Nutzfläche innerhalb eines vorbestimmten geografischen Bereiches durchzuführen, insbesondere wobei im Schritt des Ansteuerns eine Ansteuerung von Bewegungen von Komponenten der Landmaschine für die Bearbeitung der landwirtschaftlichen Nutzfläche in einer von mehreren von der Landmaschine auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche zu fahrenden Bahnen erfolgt, insbesondere wobei die Bahnen auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche äquidistant angeordnet sind. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer deutlichen Erleichterung einer meist monotonen Fahrzeugführung für den Fahrer einer Landmaschine, wenn nicht dieser Fahrer ganz durch die vorstehend genannte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersetzt werden kann. In diesem Fall wäre eine deutliche Kostenersparnis durch die Verwendung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung durch Reduzierung von Personalkosten erreichbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können im Schritt des Ansteuerns Bewegungen von Komponenten der Landmaschine angesteuert werden, um ein Aufnehmen eines Gutes aus einem vorbestimmten Lagerbereich und das Befördern des Gutes zu einem vorbestimmten Abladebereich oder mehreren vorbestimmten Abladebereichen durchzuführen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass oftmals standardisierte, wiederkehrende Arbeiten in einem landwirtschaftlichen Betrieb wie das Zuführen von Futter aus einem Silo in den Stall teil- oder vollautomatisch von der Landmaschine (wie einem Traktor mit Frontladergabel) durchgeführt werden kann. Dabei kann die Landmaschine derart angesteuert werden, dass sie das Gut oder eine Position des Guts in dem vorbestimmten Lagerbereich selbstständig erkennt und insbesondere mit einem Arbeitsgerät aufnimmt und einer vorbestimmten Position im Abladebereich oder Teile des Guts an mehreren vorbestimmten Positionen im Abladebereich absetzt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Bewegungsablaufes, den eine Landmaschine auf einer landwirtschaftlichen Nutzfläche ausführt und der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelernt wird;
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2 eine schematische Darstellung eines Bewegungsablaufes, den eine Landmaschine auf einer landwirtschaftlichen Nutzfläche ausführt und der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelernt wird;
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3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Verfahren gemäß Zur Ansteuerung einer Landmaschine; und
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4 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
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Der nachstehend detailliert vorgestellte Ansatz ermöglicht es, einen Arbeitszyklus auf dem Feld (d. h. einer landwirtschaftlichen Nutzfläche) oder auf dem Hof (d. h. eines landwirtschaftlichen Betriebes) durch Anlernen zumindest teilweise zu automatisieren. Damit können beliebige Arbeitsschritte ohne Fahrer ausgeführt werden, wobei die Navigation einer Landmaschine wie beispielsweise eines des Traktors auf dem Feld auf GPS-Daten (als satellitengestützter Ortung) und/oder einer Umfelderfassung (z. B. unter Verwendung zumindest eines der physikalischen Prinzipien Laser, Video, Radar, Ultraschall) beruht, die beispielsweise auch Objekte wie Strohballen erkennen und klassifizieren kann, und damit der Fahrer ersetzt werden kann. Mithilfe des Anlernens eines Arbeitszyklus werden nicht nur die Arbeitsfunktionen des Traktors wie z. B. Anheben des Anbaugerätes am Feldende usw. automatisiert, sondern auch die Navigation auf dem Feld, dessen Grenzen dem GPS-Geräte vorteilhafterweise bekannt sein sollten. Bei der Arbeit auf dem Hof kann das automatisierte Führen von einem GPS-Punkt zu einem anderen abgespeichert werden, z. B. wenn Silage im Silo geholt werden soll und in den Stall gebracht werden soll. Damit kann beispielsweise die Feldbearbeitung und/oder die Hofarbeit voll automatisiert oder teilautomatisiert mit einem minimalen Zeitaufwand für den Fahrer stattfinden.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Arbeit mit dem Traktor auf dem Feld oder auf dem Hof hauptsächlich aus wiederkehrenden, zyklisch ablaufenden Aufgaben besteht, die solange wiederholt werden müssen, bis das Feld fertig bearbeitet oder die Umladearbeit abgeschlossen ist. Die Feldarbeit umschließt die Feldbestellung, die Felddüngung, die Aussaat und die Feldernte, bei der Hofarbeit ist vor allem die Umladearbeit (z. B. vom Silo in den Stall) interessant.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bewegungsablaufes, den eine Landmaschine 100 auf einer landwirtschaftlichen Nutzfläche 110 ausführt und der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelernt wird. Bei der Feldarbeit mit einem Anbaugerät 120, das als Arbeitsgerät gemäß der vorliegenden Beschreibung verstanden werden kann, sollte z. B. immer an der Bearbeitungskante 125, die aus dem vorigen Arbeitsschritt entstand, entlang gefahren werden. Das Arbeitsgerät kann über eine Bewegung einer Komponente der Landmaschine 100 wie beispielsweise einer Zapfwelle angetrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Arbeitsgerät 120 im Sinne dieser Beschreibung auch als Teil der Landmaschine 100 verstanden werden. Wenn das Feldende 130 auf einer Bahn 135 erreicht ist, wird das Vorgewende 140 durchgeführt, d. h. das Anbaugerät 120 angehoben, entsprechende Aktorik auf dem oder für das Arbeitsgerät 120 angesteuert (z. B. Pflug drehen oder bei einem Düngestreuer den Ausfluss abstellen), der Traktor 100 sollte wenden, das Anbaugerät 120 wieder absenken und wieder an der Bearbeitungskante 135 entlang fahren. Damit ist ein Zyklus durchlaufen mit der Zykluszeit von einigen Minuten je nach Feld- bzw. Bahnlänge.
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Diese Arbeitsschritte sollten einer Ansteuervorrichtung 145 (beispielsweise ein mikroelektronisches Steuergerät) mit einem Speicher 150 in der Landmaschine 100 nun angelernt werden. Hierbei wird das die Ansteuervorrichtung 145 in den Lernmodus versetzt. Der erste zu erlernende Hauptarbeitsschritt besteht aus dem Entlangfahren an der Bearbeitungskante 135 des Feldes 110, wobei zumindest eine Bewegung einer Komponente 137 (z. B. Räder oder ein Getriebe) der Landmaschine 100 angesteuert wird, die der Fortbewegung der Landmaschine 100 über Grund dienen. Hierbei sollte die Längs- und Querführung der Landmaschine 100 (d. h. des Fahrzeugs) angelernt werden. Die Längsgeschwindigkeit ist meist ein fest vorgegebener Wert und bleibt konstant. Das Anlernen der Querführung ist ähnlich, es sollte immer ein konstanter Abstand 155 in Querrichtung, also senkrecht, zur vorher gefahrenen Spur eingehalten werden. Dieser Abstand 155 hängt vorzugsweise von der Arbeitsbreite des Anbau- oder Arbeitsgerätes 120 ab. Ein Ortungssystem 160 (beispielsweise auf der Basis der GPS-Technologie) zeichnet den zurückgelegten Weg auf und erkennt den vom Fahrer der Landmaschine 100 eingestellten Querabstand der Landmaschine 100 von der Bearbeitungskante 135. Dieser Abstand wird dem System als Ansteuervorrichtung 145 und Speicher 150 angelernt und im Speicher abgespeichert. Damit kann dieses System aus einer Ansteuervorrichtung 145 und dem Speicher 150 automatisch die Quer- und Längsführung der Landmaschine 100 auf dem Feld 110 übernehmen und speichert diese zeitliche Abfolge von auszuführenden Ansteuerungsbefehlen für Komponenten 120 der Landmaschine in dem Speicher 150. Unter den Komponenten, die vom Fahrer und nachfolgend von der Ansteuervorrichtung 145 der Landmaschine 100 angesteuert werden, sind somit Komponenten, die der Fortbewegung der Landmaschine dienen wie beispielsweise die Lenkungsführung oder die Getriebeeinstellung der Landmaschine und zugleich werden auch Ansteuerungsbefehle für das Anbaugerät 120 abgespeichert wie beispielsweise die Höhe, auf die das Anbau- oder Arbeitsgerät 120 abgesenkt werden soll.
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Um nun das Feldende 130 zu erkennen, sollten z. B. die geografischen Koordinaten des Feldes 110 bekannt sein und mit einer erhaltenen Ortungsinformation (wie beispielsweise einer GPS-Position) verglichen werden oder das Feldende 130 durch Umfeldsensorik 165 erfasst werden. Kommt der Traktor 100 am Feldende 130 an, leitet der Fahrer ab einem bestimmten Abstand 170 zum Feldende 130 das Vorgewende 140 ein. Dieser Abstand 170 sollte dem System 145, 150 ebenfalls angelernt werden. Nun wird das Vorgewende 140 angelernt. Hierzu werden die Querführung, die Längsführung und die Geräteansteuerung direkt von Fahrer vorgeführt. Er führt alle notwendigen Schritte durch bis zum erneuten Absenken des Anbaugerätes 120 aus. Diese Schritte umfassen die Ansteuerung der Aktorik (z. B. Gerät 120 ausheben, Zapfwelle abschalten, Hydraulik betätigen, usw.). Das System 145, 150 befindet sich dabei im Lernmodus und merkt sich die vom Fahrer angesteuerten Arbeitsschritte als eine Sequenz von Ansteuerungsbefehlen. Diese Sequenz von Ansteuerungsbefehlen wird dann im Speicher 150 abgelegt. Außerdem wird der Traktor 100 gewendet. Das System 145, 150 sollte also die Aktorik für das Anbaugerät 120 ansteuern und gleichzeitig den Traktor 100 steuern. Fährt der Fahrer nach dem Wendevorgang 140 wieder in die Ackerspur 135 (nachdem das Gerät 120 wieder abgesenkt wurde), ist der Vorgewendearbeitsschritt 140 abgeschlossen. Fährt der Fahrer wieder an der Bearbeitungskante 135 entlang, leitet er den Arbeitsschritt „Entlangfahren an der Bearbeitungskante” ein, den er bereits vor dem Vorgewende 140 ausgeführt hat. Damit ist ein Zyklus durchlaufen und das 145, 150 System kennt alle Arbeitsschritte. Von hier an kann das System 145, 150 die Fahrzeugsteuerung (Quer- und Längsführung, Aktorik des Anbaugerätes 120) übernehmen, indem es den erlernten Zyklus ständig wiederholt. An den Abmessungen des Feldes 110 erkennt die Ortungseinheit (GPS-Einheit) 160, wann das Feld 110 fertig bearbeitet ist. Jetzt wird das Abarbeiten der Zyklen abgebrochen und das System 145, 150 beendet seine Tätigkeit.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bewegungsablaufes, den eine Landmaschine 100 auf einem landwirtschaftlichen Betrieb 200 (z. B. Bauernhof, Hof) ausführt und der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angelernt wird. Eine solche Anwendung auf dem Hof 200 kann z. B. das Abholen eines Quaderballen 210 aus Stroh und Ablegen dieses Ballens 210 im Stall 220 sein. Hierbei sollte der Fahrer dem System 145, 150 wieder verschiedene Arbeitsschritte für einen Arbeitszyklus anlernen, die dann als Sequenz von Ansteuerungsbefehlen für Komponenten der Landmaschine 100 in dem Speicher 150 abgelegt werden. Die Abholstelle 230 und die Abladestelle 240 werden beispielsweise über satellitengestützte geografische Ortungsinformationen (wie beispielsweise GPS-Positionen) festgelegt und angelernt. Dann wird die Aufnahme eines Ballens 210 angelernt. Der Fahrer steuert einen Quaderballen 210 an, während das System 145, 150 im Lernmodus die Quer- und/oder Längsführung der Landmaschine 100 verbunden beispielsweise mit Daten aus der Umfeldsensorik 160 (z. B. einem Laser-Scanner oder einer Video-Kamera) angelernt bekommt. Diese Daten werden als Sequenz von Ansteuerungsbefehlen in dem Speicher 150 abgelegt. Über eine Bedienereingabeschnittstelle wird beispielsweise das Objekt 210, das in diesem Ausführungsbeispiel einen „Quaderballen” darstellt, aus der Umfeldsensorik erkannt und die Objekteigenschaften im Speicher 150 abgespeichert. Dieses Objekt 210 sollte beispielsweise immer an der gespeicherten Stelle (Lagerort) 230 aufzunehmen. Die gespeicherte Stelle 230 kann auch einen Bereich (beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 10 Metern um diese gespeicherte Stelle 230) umfassen, in dem Quaderballen 210 liegen und die durch den Traktor 100 geladen werden können. Vorteilhaft ist dabei eine Sensorik 160 bzw. eine Stapelung (z. B. leicht versetzte Stapelung, damit die Kanten des Objektes 210 von der Sensorik 160 (beispielsweise der Video-Kamera, eines Ultraschall-Umfeldsensors und/oder eines Radar-Umfelderfassungssensors) erfasst werden können, die es möglich macht, die Ballen 210 voneinander zu unterscheiden. Der nächste Schritt (der in einen Ansteuerungsbefehl umgesetzt wird) ist das Anfahren und die Aufnahme des Quaderballens 210 mit einer Vorrichtung, die hier als Arbeitsgerät 120 zu verstehen ist (z. B. ein Frontlader oder eine Frontladegabel). Hierbei wird die Lage und Orientierung des Ballens 210 festgestellt, damit sich der Traktor 100 beispielsweise im rechten Winkel zur Längsseite des Ballens 210 positionieren kann. Die Längsseite des Ballens 210 kann über die Umfeldsensorik 160 klassifiziert werden. Wurde dem Traktor 100 das Ausrichten zum Objekt 210 „Quaderballen” bezüglich der Längsseite angelernt, fährt der Fahrer bis auf einen bestimmten Abstand an das Objekt 210 heran. Auch dieser Abstand kann beispielsweise angelernt werden. Nun wird die Hydraulik zur Ansteuerung des Arbeitsgerätes 120 des Traktors 100 angelernt, die eine Komponente (beispielsweise als ein Arbeitsgeräteanschluss) der Landmaschine 100 darstellt. Der Frontlader 120 sollte auf eine bestimmte Höhe abgesenkt werden. Die Zinken der Gabel sollten dabei senkrecht zum Boden ausgerichtet sein.
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Diese Konfigurationseinstellung der Hydraulik als Komponente der Landmaschine wird abgespeichert (z. B. Positionsmesstechnik der einzelnen Zylinder, oder Beschleunigungssensorik in der Gabel). Dann fährt der Traktor 100 mit den Zinken der Frontladergabel 120 bis zum Anschlag in den Quaderballen 210. Der Anhaltepunkt kann z. B. über die Umfeldsensorik 160 bestimmt werden oder über eine Abstandsmessung am Frontlader zum Quaderballen 210 oder sonstiger Sensorik im Fontlader 120 z. B. Kraftmessung durch Dehnungsmessstreifen. Dann folgt das Ausheben der Fracht in eine bestimmte abzuspeichernde Position 310. Dann folgt der Transport an die bestimmte Ablagestelle 240. Diese kann z. B. durch GPS-Koordinaten bezeichnet sein und deren Abmaße z. B. per HMI (HIM = Human-Maschine-Interface) angelernt werden. Dort wird der Ballen 210 abgelegt, indem z. B. die Gabel gekippt wird, bis der Ballen 210 abrutscht. Diese Kippposition ist anzulernen und (als Ansteuerungsbefehl) abzuspeichern. Danach wird der Traktor 100 an die Beladestelle zurück 230 gefahren. Damit ist ein Arbeitszyklus beendet. Die Zykluszeit dieses Arbeitszyklus kann fest abgespeichert werden, dass z. B. jeden Morgen und jeden Abend ein Quaderballen 210 in den Stall 220 gefahren wird. Dies bedingt natürlich eine ausreichende Absicherung des Traktors 100 z. B. durch Umfeldsensorik 160, damit keine Personen 250 oder plötzlich freilaufende Tiere durch den einen Arbeitszyklus autonom ausführenden Traktor 100 zu schaden kommen.
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Die Anlernfunktion kann auch für Schüttgut angewandt werden, hierfür ist jedoch eine ausreichende Kontur erkennende Sensorik 160 nötig, die das Schüttgut von dessen Begrenzung unterscheiden kann, damit dies dem System 145, 150 auch angelernt werden kann. Dadurch kann der Fahrer das Beladen von Schüttgut anlernen, indem er z. B. mit einer Schaufel statt der Ladegabel 120 die Begrenzungen anfährt oder per HMI die Umgrenzung festlegt. Aufgrund eines z. B. schon ab Werk einprogrammierten oder anzulernenden Vorgehens für Schüttgut (Absenken der Schaufel, Einfahren in das Gut, Abwinkeln der Schaufel und nachfolgendes Anheben, gegebenenfalls Schütteln um es besser in der Schaufel zu verteilen) kann so das gesamte Schüttgut geladen werden, auch wenn es verteilt liegt. Beim Abladen kann es sinnvoll sein das Schüttgut, z. B. Körner an mehreren Stellen 240 zu verteilen, daher kann der Fahrer mit einer zuvor gefüllten Schaufel an mehreren Stellen 240 stoppen und dort Abladebewegungen durchführen, die durch das System 145, 150 gespeichert werden, es ist aber auch denkbar, dass der Fahrer definiert wie viel dort abgeladen werden soll, z. B. durch Sensorik 160, mit deren Hilfe das Gewicht des Gutes in der Schaufel bestimmt werden kann. Hiermit können dann eine definierte Füllung der Schaufel und eine dementsprechende Verteilung des Gutes erfolgen. Dies kann z. B. zur Futterverteilung genutzt werden.
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Die Anlernstrategie befolgt eine einfache Struktur. Der Zyklus besteht aus einer festen Abfolge von verschiedenen Arbeitsschritten, wie aus 3 in dem Ablaufdiagramm entsprechend einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 300 beispielhaft dargestellt. In einem ersten Schritt erfolgt ein Anfahren 310 einer Aufladestelle. Hieran anschließend erfolgt eine Aufnahme 320 eines Quaderballens. Weiterhin erfolgt nach dem Schritt des Aufnehmens 320 ein Schritt des Anfahrens 330 einer Abladestelle und hierauf ein Schritt des Abladens 340 des Quaderballens. Die vorstehend genannten Schritte des Verfahrens 300 werden dann beispielsweise mit einer Zykluszeit 350 von 12 Stunden wiederholt. Die Zeit, die zwischen den einzelnen Zyklen abgewartet werden soll, kann aber auch variieren. Für eine Abfolge von ähnlichen Schritten auf dem Feld 110 ist diese Zeit meist null, auf dem Hof 200 können es mehrere Stunden oder Tage sein. Da der Traktor 100 auch die Funktionen des Anbaugerätes 120 steuert, braucht das Anbaugerät 120 kein eigenes Steuergerät besitzen. Die zyklischen wiederkehrenden Arbeiten sind nach einer Erntesaison für einen Traktor 100 angelernt und abgespeichert. In der nächsten Erntesaison braucht der Fahrer die Zyklen nur abspielen bzw. auswählen. Außerdem ermöglicht die Aufteilung der Zyklen in einzelne Bausteine, diese zu einem neuen Zyklus zu kombinieren.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren 400 zur Ansteuerung einer Landmaschine. Das Verfahren 400 weist einen Schritt des Auslesens 410 einer in einem Speicher abgespeicherten Sequenz von Ansteuerungsbefehlen, wobei die Sequenz von Ansteuerungsbefehlen eine zeitliche Abfolge von mehreren vorbestimmten Bewegungen von unterschiedlichen Komponenten der Landmaschine repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren 400 einen Schritt des Ansteuerns 420 der Komponenten der Landmaschine unter Verwendung der Sequenz von Ansteuerungsbefehlen, um eine Bewegung der einzelnen Komponenten der Landmaschine entsprechend der Sequenz zu bewirken.
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Die hier vorgestellten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bietet in mehreren Aspekten Vorteile gegenüber den im Stand der Technik bekannten Ansätzen. Erstens kann eine Feldbearbeitung bzw. Hofarbeit komplett oder teilweise automatisiert durchgeführt werden, je nach Fahrerwunsch. Zugleich wird eine einfache Automatisierung der Feldbearbeitung und der Transportaufgaben ermöglicht, wobei diese Automatisierung anhand eines Anlernens anhand des ersten Bearbeitungszyklus erfolgt. Restliche Zyklen können dann automatisiert durchgeführt werden. Alle nötigen Arbeitsschritte können dabei ausgeführt werden. Alle zyklusbasierten Arbeiten können automatisiert werden und es sind keine aufwendigen Steuergeräte an den Anbaugeräten nötig, nur noch der Traktor benötigt ein solches Steuergerät.
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Mit Hilfe von GPS und/oder Umfeldsensorik können somit beispielsweise verschiedenste wiederkehrende Aufgaben zur Feldbearbeitung automatisiert werden, indem ein Zyklus angelernt wird, den das Fahrzeug bzw. die Landmaschine autonom wiederholt. Es bewegt sich an bestimmte geometrische Stellen auf dem Feld, um z. B. ein Erntegut auf- und abzuladen, einen Acker zu bearbeiten, abzuernten, zu düngen etc.
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Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Landmaschine
- 110
- landwirtschaftliche Nutzfläche, Feld
- 120
- Arbeitsgerät, Pflug, Frontlader, Ladegabel
- 125
- Bearbeitungskante
- 130
- Feldende
- 135
- Arbeitsbahn der Landmaschine
- 137
- Rad, Getriebe, Komponente zur Fortbewegung der Landmaschine über Grund
- 140
- Vorgewende
- 145
- Ansteuerungseinheit
- 150
- Speicher
- 155
- Bahnbreite
- 160
- Umfelderfassungssensor, Video-Kamera
- 165
- Ortungseinheit, GPS-Sensoreinheit
- 170
- Abstand zum Feldende
- 200
- landwirtschaftlicher betrieb, Bauernhof, Hof
- 210
- Ballen, Quaderballen
- 220
- Stall
- 230
- vorbestimmte Aufnahmeposition
- 240
- vorbestimmte Abladeposition
- 250
- freilaufende Person
- 300
- Verfahren zum Transportieren von Quaderballen
- 310
- Schritt des Anfahrens der Aufnahmestelle
- 320
- Schritt des Aufnehmens des Quaderballens
- 330
- Schritt des Anfahrens der Abladestelle
- 340
- Schritt des Abladens des Quaderballens
- 350
- Schritt des Wiederholens der vorangegangenen Schritte nach einer bestimmten Wiederholungszeit
- 400
- Verfahren zur Ansteuerung einer Landmaschine
- 410
- Schritt des Auslesens
- 420
- Schritt des Ansteuerns von Komponenten der Landmaschine