DE102023129568A1

DE102023129568A1 - Agricultural driving robot and method for navigating an autonomously driving agricultural driving robot

Info

Publication number: DE102023129568A1
Application number: DE102023129568.3A
Authority: DE
Inventors: Fabian Könning; Christian Fiederling; Benedikt Schürmann; Henrik Boettner; Tobias Haupt; Jan Mühlnickel
Original assignee: GEA Farm Technologies GmbH
Current assignee: GEA Farm Technologies GmbH
Priority date: 2023-10-26
Filing date: 2023-10-26
Publication date: 2025-04-30
Also published as: WO2025087917A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Navigieren eines autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboters (1) zwischen einem Startpunkt (3) und einem Zielpunkt (4). Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Bereitstellen des Startpunkts (3) und des Zielpunkt (4) auf einer Umgebungskarte;
- Vorgeben oder Bestimmen einer Mehrzahl von Verbindungslinien (6, 7) und/oder mindestens einer Verbindungsfläche (8) zwischen dem Startpunkt (3) und dem Zielpunkt (4);
- Ermitteln von mindestens zwei verschiedenen Routen zwischen dem Startpunkt (3) und dem Zielpunkt (4), die entlang einer den vorgegebenen Verbindungslinien (6, 7) führen und/oder die jeweils vollständig innerhalb der mindestens einen vorgegebenen Verbindungsflächen (8) liegen; und
- autonomes Abfahren der mindestens zwei unterschiedlichen Routen durch den Fahrroboter (1).
Die Erfindung betriff weiterhin einen landwirtschaftlichen Fahrroboter (1) mit einer Steuereinrichtung zur autonomen Navigation zwischen einem Startpunkt (3) und einem Zielpunkt (4) entlang einer Route, wobei die Steuereinrichtung zur Bestimmung der abzufahrenden Route zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichtet ist.

The invention relates to a method for navigating an autonomously driving agricultural robot (1) between a starting point (3) and a destination point (4). The method comprises the following steps:
- Providing the starting point (3) and the destination point (4) on a map of the surrounding area;
- Predetermining or determining a plurality of connecting lines (6, 7) and/or at least one connecting surface (8) between the starting point (3) and the destination point (4);
- determining at least two different routes between the starting point (3) and the destination point (4), which lead along one of the predetermined connecting lines (6, 7) and/or which each lie completely within the at least one predetermined connecting area (8); and
- autonomous driving of at least two different routes by the driving robot (1).
The invention further relates to an agricultural driving robot (1) with a control device for autonomous navigation between a starting point (3) and a destination point (4) along a route, wherein the control device is designed to determine the route to be followed in order to carry out such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Navigieren eines autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboters zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen landwirtschaftlichen Fahrroboter mit einer Steuereinrichtung zur autonomen Navigation zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt entlang einer Route.The invention relates to a method for navigating an autonomously driving agricultural robot between a starting point and a destination. The invention further relates to an agricultural robot with a control device for autonomous navigation between a starting point and a destination along a route.

Viele Aufgaben in einem Stall- oder Hofbereich eines landwirtschaftlichen Betriebs sind mit einem Transport von Materialien verknüpft. Beispielsweise werden zur Fütterung von Tieren häufig Fütterungssysteme eingesetzt, bei denen in einem zentralen Bereich, der sogenannten „Küche“, Futterrationen auf verschiedenen vorgehaltenen Grundzutaten bedarfsgerecht und zeitnah gemischt und zur Fütterung der Tiere entlang sogenannter „Futtergassen“ ausgebracht werden. Ein anderes Beispiel betrifft einen Abtransport von Tierexkrementen.Many tasks in a stable or farmyard area of a farm involve the transport of materials. For example, animal feeding systems are often used. In a central area, the so-called "kitchen," feed rations are mixed based on various stored basic ingredients as needed and promptly, and then distributed along so-called "feed lanes" for feeding the animals. Another example concerns the removal of animal excrement.

Um diese Aufgaben möglichst autonom und mit geringem Personaleinsatz ausführen zu können, haben sich automatisierte Anlagen und Geräte für diese unterschiedlichen Anwendungsfälle im landwirtschaftlichen Bereich etabliert.In order to be able to carry out these tasks as autonomously as possible and with minimal personnel input, automated systems and devices have been established for these different applications in the agricultural sector.

Aus der Druckschrift WO 2008/097080 A1 ist ein autonom arbeitendes Fütterungssystem für Tiere, zum Beispiel Kühe, bekannt. Eine zentrale Komponente dieses Systems ist ein autonom fahrendes Fahrzeug, das einen Futterbehälter aufweist, der in der zuvor genannten Küche befüllt werden kann. Das Futter wird automatisch zu den Abladestellen gebracht und dort durch ein Abkippen des Futterbehälter abgegeben.From the printed publication WO 2008/097080 A1 is an autonomously operating feeding system for animals, such as cows. A central component of this system is an autonomously driving vehicle with a feed container that can be filled in the aforementioned kitchen. The feed is automatically transported to the unloading points and dispensed there by tipping the feed container.

Im Hinblick auf die Bewegung des Fahrzeugs sind verschiedene Optionen beschrieben, beispielsweise, dass der Weg über zuvor verlegte Schienen vorgegeben ist. Als Alternative ist eine autonome Navigation mithilfe von Sensoren oder Wegmarkierungen beschrieben. Auch eine Navigation basierend auf einem Funk-Positionssystem, beispielsweise dem GPS (Global Positioning System) ist beschrieben. Um eine einfache Installation eines derartigen Systems und eine flexible Anpassung an sich ändernde Gegebenheiten in einem Stall- oder Hofbereich eines landwirtschaftlichen Betriebs zu erreichen, ist eine Ausgestaltung, die nicht an zuvor verlegte Schienen oder sonstige Führungssysteme gebunden ist, bevorzugt.Various options are described for the movement of the vehicle, for example, a route defined by pre-laid rails. As an alternative, autonomous navigation using sensors or path markers is described. Navigation based on a radio positioning system, such as GPS (Global Positioning System), is also described. To ensure easy installation of such a system and flexible adaptation to changing conditions in a stable or yard area of a farm, a design that is not tied to pre-laid rails or other guidance systems is preferred.

Um auch bei einem größeren Betrieb zum Beispiel eine Fütterung effizient und innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit durchführen zu können, werden solche Fütterungsroboter mit Befüllmengen im Bereich von mehreren 100 Kilogramm bis einigen Tonnen genutzt. Um auch innerhalb eines Stalls wendig sein zu können, sind solche landwirtschaftlichen Fahrroboter in der Regel mit harten und für das Gewicht des Fahrroboters verhältnisweise schmalen Reifen ausgestattet. Je nach Anzahl der Tiere sind zudem mehrere Fahrten pro Tag zwischen der Küche und einer oder mehreren Abladestelle(n) zur Versorgung der Tiere notwendig. Das führt im Laufe der Zeit zur Ausbildung von Spurrinnen entlang der Fahrtstrecken des autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboters, insbesondere wenn ein weicherer Untergrund vorliegt. Dabei ist anzumerken, dass aufgrund des hohen Gewichts des Fahrroboters selbst ein geteerter Untergrund als ein weicher Untergrund anzusehen ist, in dem sich im Laufe der Zeit Spurrinnen abzeichnen. Solche Spurrinnen stellen jedoch ein Unfallrisiko für Personen dar, die die gleichen Verkehrsflächen wie der Fahrroboter benutzen, und führen auch für den Fahrroboter zu einem undefinierten Fahrverhalten, bis hin zu einem Schlingern des Fahrroboters in einer stark ausgeprägten Spurrinne.In order to be able to carry out feeding efficiently and within the available time, even on a larger farm, such feeding robots are used with filling quantities ranging from several hundred kilograms to several tons. In order to be maneuverable within a barn, such agricultural robots are usually equipped with hard tires that are relatively narrow for the weight of the robot. Depending on the number of animals, several trips per day between the kitchen and one or more unloading points are necessary to feed the animals. Over time, this leads to the formation of ruts along the routes traveled by the autonomous agricultural robot, especially on softer ground. It should be noted that due to the heavy weight of the robot, even a tarred surface can be considered soft ground, and ruts will develop over time. However, such ruts pose a risk of accidents for people using the same traffic areas as the driving robot and also lead to undefined driving behavior for the driving robot, even leading to the driving robot swerving in a pronounced rut.

Das Problem von Spurrinnen ist bei autonom fahrenden Fahrzeugen grundsätzlich bekannt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US 2020/0150656 A1 einen autonom fahrenden und auf Baustellen und im Bergbau eingesetzten Lastkraftwagen. Dieser autonom fahrende Lastkraftwagen hinterlässt in einem matschigen Untergrund Spurrinnen bereits bei einer Fahrt. Bei einem erneuten Abfahren der Strecke wird die Streckenführung so variiert, dass der Lastwagen nicht noch einmal durch dieselbe Spurrinne fährt und sie damit nicht vertieft, sondern im Gegenteil leicht versetzt fährt und die entstandene Spurrinne verbreitert und damit wieder ausgleicht. Es wird dabei eine Kamera benutzt, um die bereits hinterlassene Spurrinne zu detektieren und dazu versetzt zu fahren.The problem of rutting is generally known in autonomous vehicles. For example, the publication US 2020/0150656 A1 An autonomously driving truck used on construction sites and in mining. This autonomously driving truck leaves ruts in muddy ground during a single trip. When traveling the same route again, the route is varied so that the truck does not drive through the same rut again, thus not deepening it, but instead drives slightly offset, widening the resulting rut and thus leveling it out. A camera is used to detect the rut already left behind and drive offset from it.

Dieses Verfahren ist damit gut für autonome Fahrzeuge geeignet, die sich auf einem sehr weichen Untergrund bewegen, in dem bereits einzelne Fahrten tiefe Spurrinnen hinterlassen. Das System ist allerdings ungeeignet, die Ausbildung einer Spurrinne zu unterbinden, die sich erst bei einem häufigen Befahren derselben Fahrroute bildet, wie das bei dem eingangs genannten autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrrobotern der Fall ist.This method is therefore well suited for autonomous vehicles moving on very soft ground, where even a single drive leaves deep ruts. However, the system is unsuitable for preventing the formation of ruts that only develop after frequent travel along the same route, as is the case with the autonomous agricultural robots mentioned above.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboter sowie ein Verfahren zu dessen Navigation zu schaffen, das bereits die Bildung von Spurrinnen in einem Stall- oder Hofbereich verhindert.It is therefore an object of the present invention to provide an autonomously driving agricultural driving robot and a method for its navigation, which already prevents the formation of ruts in a stable or farmyard area.

Diese Aufgabe wird durch einen autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboter und ein Verfahren zum Navigieren eines solchen mit den jeweiligen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is solved by an autonomously driving agricultural driving robot and a method for navigating such a robot having the respective features of the independent claim solved. Advantageous design and further development are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Navigieren eines autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboters zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt weist die folgenden Schritte auf: Es werden der Startpunkt und der Zielpunkt auf einer Umgebungskarte bereitgestellt. Weiter werden eine Mehrzahl von Verbindungslinien und/oder mindestens eine Verbindungsfläche zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt vorgegeben oder bestimmt. Es werden dann mindestens zwei verschiedenen Routen zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt, die entlang den vorgegebenen Verbindungslinien führen und/oder die jeweils vollständig innerhalb der mindestens einen vorgegebenen Verbindungsflächen liegen ermittelt. Die beiden Routen werden autonom von dem Fahrroboter abgefahren.A method according to the invention for navigating an autonomously driving agricultural robot between a starting point and a destination point comprises the following steps: The starting point and the destination point are provided on a map of the surroundings. Furthermore, a plurality of connecting lines and/or at least one connecting area between the starting point and the destination point are specified or determined. At least two different routes between the starting point and the destination point are then determined, which lead along the specified connecting lines and/or which each lie entirely within the at least one specified connecting area. The driving robot travels the two routes autonomously.

Ein autonom fahrender landwirtschaftlicher Fahrroboter der eingangs genannten Art zeichnet sich durch ein Steuerungssystem aus, das zur Bestimmung der abzufahrenden Route zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens eingerichtet ist. Ein solcher landwirtschaftlicher Fahrroboter kann beispielsweise als Fütterungsroboter, als Einstreuroboter, als Exkrementensammelroboter oder als universeller Transportroboter ausgebildet sein.An autonomously driving agricultural robot of the type mentioned above is characterized by a control system configured to determine the route to be followed to carry out the aforementioned method. Such an agricultural robot can be designed, for example, as a feeding robot, a bedding robot, a manure collection robot, or a universal transport robot.

Die Verbindungslinien bzw. die mindestens eine Verbindungsfläche zwischen dem Start- und dem Zielpunkt ermöglichen es, bei einem mindestens zweifachen, in der Regel mehrfachen oder vielfachen Navigieren des Fahrroboters zwischen dem Start- und dem Zielpunkt die jeweilige Fahrroute innerhalb der vorgegebenen Alternativen zu variieren, ohne dass dabei eine Kontrolle über mögliche Routen abgegeben wird. So wird eine maximal mögliche Variation zur Vermeidung von Spurrinnen erreicht und gleichzeitig die notwendige Sicherheit und Berechenbarkeit der von Fahrroboter eingenommenen Fahrrouten gewährleistet. Die Sicherheit und Berechenbarkeit ist in dem üblicherweise engen und parallel von Personen genutzten Stall- und Hofbereich eine essentielle Voraussetzung, um eine Fahrroutenvariation zuzulassen.The connecting lines or at least one connecting surface between the starting and destination points enable the driving robot to vary the respective route within the specified alternatives when navigating at least twice, and usually multiple times, between the starting and destination points, without relinquishing control over possible routes. This achieves the maximum possible variation to avoid rutting while simultaneously ensuring the necessary safety and predictability of the driving robot's routes. Safety and predictability are essential prerequisites for permitting route variation in the typically confined stable and yard areas, which are also used by people.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die Mehrzahl von Verbindungslinien und/oder die mindestens eine Verbindungsfläche vorgegeben und in die Umgebungskarte eingetragen. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Mehrzahl von Verbindungslinien und/oder die mindestens eine Verbindungsfläche anhand einer vorgegebenen Verbindungslinie sowie anhand von vorgegebenen Randbedingungen automatisch bestimmt werden. Die Vorgabe der Verbindungslinien bzw. Verbindungsfläche(n) erlaubt eine maximale individuelle Anpassung an örtliche Gegebenheiten und somit eine maximale Kontrolle über die möglichen Fahrrouten. Bei der automatischen Bestimmung vereinfacht sich für den Anwender der Einrichtungsvorgang, dennoch kann er über die Randbedingungen Einfluss auf die möglichen Fahrtrouten nehmen.In an advantageous embodiment of the method, the plurality of connecting lines and/or the at least one connecting area are predefined and entered into the surrounding area map. Alternatively or additionally, at least some of the plurality of connecting lines and/or the at least one connecting area can be determined automatically based on a predefined connecting line and predefined boundary conditions. Predetermining the connecting lines or connecting area(s) allows for maximum individual adaptation to local conditions and thus maximum control over the possible routes. Automatic determination simplifies the setup process for the user, yet still allows them to influence the possible routes via the boundary conditions.

Als Randbedingung kann dabei ein maximaler Abstand der Verbindungslinien und/oder eines Rands der mindestens einen Verbindungsfläche von der vorgegebenen Verbindungslinie vorgegeben sein. Weiter kann vorgesehen sein, als Randbedingung mindestens einen nicht befahrbaren Bereich zu definieren, wobei die Verbindungslinien und/oder die mindestens eine Verbindungsfläche dann automatisch so bestimmt werden, dass sie mit keinem Abschnitt in dem mindestens einen nicht befahrbaren Bereich liegen. Auf diese Weise können die möglichen Fahrtrouten über ein Ausschlusskriterium beeinflusst werden, wodurch einfach zunächst große Bereiche zugelassen werden können, die dann konkret in bestimmten, in der Regel nur kleinen Teilbereichen eingeschränkt werden können. Diese Vorgehensweise führt typischerweise zu einer großen Anzahl an möglichen unterschiedlichen Fahrtrouten.A maximum distance of the connecting lines and/or an edge of the at least one connecting surface from the specified connecting line can be specified as a boundary condition. Furthermore, it can be provided to define at least one non-drivable area as a boundary condition, wherein the connecting lines and/or the at least one connecting surface are then automatically determined such that no section of them lies in the at least one non-drivable area. In this way, the possible travel routes can be influenced via an exclusion criterion, whereby large areas can initially be permitted, which can then be specifically restricted in certain, usually only small, sub-areas. This procedure typically leads to a large number of possible different travel routes.

Die möglichen Fahrtrouten können von dem Startpunkt bis zu dem Zielpunkt entlang einer der Verbindungslinien verlaufen. Es ist aber auch denkbar, dass sich mindestens zwei der Verbindungslinien kreuzen und dass mindestens eine der ermittelten Routen abschnittsweise auf den beiden sich kreuzenden Verbindungslinien verläuft. Auf diese Weise kann die Gesamtzahl der möglichen Fahrtrouten für eine vorgegebene Menge an Verbindungslinien weiter erhöht werden.The possible routes can run from the starting point to the destination point along one of the connecting lines. However, it is also conceivable that at least two of the connecting lines intersect, and that at least one of the determined routes runs partially along the two intersecting connecting lines. In this way, the total number of possible routes for a given number of connecting lines can be further increased.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die ermittelte Route zufällig ausgewählt. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, die ermittelte Route gemäß eines vorgegebenen Schemas auszuwählen. Dabei können Routen unterstützt durch Verfahren ermittelt und/oder ausgewählt werden, die unterstützt werden durch künstliche Intelligenz (KI). Hierzu können neuronale Netze eingesetzt werden oder auch lernfähige Algorithmen, z.B. Q-Learning.In a further advantageous embodiment of the method, the determined route is selected randomly. Alternatively or additionally, it is also possible to select the determined route according to a predefined scheme. Routes can be determined and/or selected using methods supported by artificial intelligence (AI). For this purpose, neural networks or adaptive algorithms, such as Q-learning, can be used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden ermittelte und tatsächlich gefahrene Routen protokolliert. Für ein dabei erstelltes Protokoll können neben der Route auch Konditionen erfasst werden, unter denen die Route gefahren wird. Solche Konditionen können den Fahrroboter selbst betreffen, insbesondere sein aktuelles Gewicht. Zu diesem Zweck kann der Fahrroboter z.B. mit einer Wiegeeinrichtung zur Ermittlung eines Ladungsgewichts ausgestattet sein, was es ermöglicht, jederzeit das Gesamtgewicht des Fahrroboters und damit die aktuelle absolute Belastung auf den Untergrund zu bestimmen.In a further advantageous embodiment of the method, determined and actually driven routes are logged. For the resulting log, not only the route but also the conditions under which the route is driven can be recorded. Such conditions can affect the driving robot itself, in particular its current weight. For this purpose, the driving robot can be equipped, for example, with a weighing device for determining the load weight, which makes it possible to determine the total weight of the driving robot at any time. and thus determine the current absolute load on the subsoil.

Weiter können die Konditionen Umgebungskonditionen sein, insbesondere eine Feuchtigkeit. Die Konditionen können auch einen Untergrund betreffen, auf dem der Fahrroboter fährt, insbesondere eine Belastbarkeit und/oder Anfälligkeit im Hinblick auf die Ausbildung von Spurrinnen. Bevorzugt werden dann diese protokollierten Informationen bei der Ermittlung der Routen berücksichtigt. Es kann auf diese Weise eine tatsächlich erfolgte relative Belastung eines bestimmten Fahrtroutenabschnitt protokolliert und der nachfolgenden Routenauswahl zugrunde gelegt werden.Furthermore, the conditions can include environmental conditions, particularly humidity. The conditions can also relate to the surface on which the driving robot travels, particularly its load capacity and/or susceptibility to rutting. This logged information is then preferably taken into account when determining routes. In this way, the actual relative load on a specific route section can be logged and used as a basis for subsequent route selection.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine Schrägansicht eines Beispiels eines autonom fahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboters; und
2-4 jeweils eine schematische Darstellung zur Illustration einer Navigation eines Fahrroboters zwischen einem Start- und einem Zielpunkt.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and figures. The figures show:

1 an oblique view of an example of an autonomous agricultural driving robot; and
2-4 each a schematic representation to illustrate the navigation of a driving robot between a start and a destination point.

In 1 ist ein Beispiel eines autonom umfahrenden landwirtschaftlichen Fahrroboters 1 in einer Schrägansicht wiedergegeben. Das nachfolgend beschriebene Navigationsverfahren zum Planen von Strecken zwischen einem Start- und einem Zielpunkt kann beispielsweise mit diesem Fahrroboter 1 durchgeführt werden.In 1 An example of an autonomously driving agricultural robot 1 is shown in an oblique view. The navigation method described below for planning routes between a starting point and a destination point can be carried out, for example, with this driving robot 1.

Der Fahrroboter 1 ist in diesem Beispiel als sogenannter „Fütterungsroboter“ ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, Futter von einer Ausgabestelle aufzunehmen, selbsttätig zu mischen und an einer oder mehreren Futterstellen abzuladen. Es wird angemerkt, dass das nachfolgend beschriebene Navigationsverfahren auch für andere landwirtschaftliche Aufgaben in einem Stall- oder Hofbereich durch Fahrroboter eingesetzt werden kann.In this example, the driving robot 1 is designed as a so-called "feeding robot," which is configured to pick up feed from a dispensing point, mix it automatically, and unload it at one or more feeding stations. It should be noted that the navigation method described below can also be used by driving robots for other agricultural tasks in a stable or farmyard area.

Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in allen Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nicht in jeder Figur jedes Element mit einem Bezugszeichen versehen. In der Beschreibung beziehen sich die Angaben „rechts“ und „links“ auf die jeweilige Darstellung der Figur. Die Begriffe „oben“ und „unten“ beziehe sich dagegen auf die natürliche Ausrichtung des Fahrroboters. Die Begriffe „vorne“ und „hinten“ sind auf eine Vorwärtsfahrrichtung 2 des Fahrroboters 1 bezogen. Die Vorwärtsfahrrichtung 2, die in der 1 durch einen Richtungspfeil angegeben ist, stellt die Hauptfahrtrichtung des Fahrroboters 1 dar.The same reference symbols identify the same or similarly functioning elements in all figures. For reasons of clarity, not every element is provided with a reference symbol in every figure. In the description, the terms "right" and "left" refer to the respective representation of the figure. The terms "top" and "bottom", however, refer to the natural orientation of the driving robot. The terms "front" and "rear" refer to a forward driving direction 2 of the driving robot 1. The forward driving direction 2, which is 1 indicated by a direction arrow, represents the main direction of travel of the driving robot 1.

Der Fahrroboter 1 weist zwei maßgebliche Komponenten auf, ein Fahrgestell 100 und einen Aufbau 110.The driving robot 1 has two main components, a chassis 100 and a body 110.

Das Fahrgestell 100 ist bevorzugt universell einsetzbar und kann ggf. zusammen mit verschiedenen Funktionseinheiten eingesetzt werden. Vom Fahrgestell 100 sind in der 1 lediglich Verkleidungs- und/oder Schutzelemente, konkret eine umlaufende Schürze 102 sowie eine vordere Sicherheits-Stoßstange 103 und eine hintere Sicherheits-Stoßstange 104 zu sehen, sowie eines von insgesamt vier Rädern, konkret ein Antriebsrad 101. Neben einem weiteren Antriebsrad, das sich auf der gleichen Achse wie das sichtbare Antriebsrad 101 befindet, sind noch zwei Schwenkräder vorhanden, die in der 1 unter der Schürze 102 verborgen sind. Jeweils eines der Schwenkräder befindet sich vorne bzw. hinten am Fahrgestell 100. In seitlicher Richtung sind die Schwenkräder mittig angeordnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eines Futterroboters fungiert die Schürze 102 zudem als Futterschieber, mit dem sich bereits abgeladenes Futter zusammenschieben lässt.The chassis 100 is preferably universally applicable and can be used together with various functional units if necessary. The chassis 100 is 1 only cladding and/or protective elements, specifically a circumferential apron 102 as well as a front safety bumper 103 and a rear safety bumper 104 can be seen, as well as one of a total of four wheels, specifically a drive wheel 101. In addition to another drive wheel, which is on the same axle as the visible drive wheel 101, there are two swivel wheels, which are in the 1 are hidden under the apron 102. One of the swivel wheels is located at the front and one at the rear of the chassis 100. The swivel wheels are arranged centrally in the lateral direction. In the present embodiment of a feeding robot, the apron 102 also functions as a feed pusher, which can be used to push together already unloaded feed.

Der Aufbau 110 bestimmt im Wesentlichen die Funktionalität des Fahrroboters und damit seinen Einsatzzweck innerhalb des Stall- oder Hofbereichs.The structure 110 essentially determines the functionality of the driving robot and thus its intended use within the stable or farm area.

Bei dem im vorliegenden Fall als Fütterungsroboter ausgestatteten Fahrroboter 1 weist der Aufbau 110 als eine maßgebliche Komponente einen Futterbehälter 111 auf. In den Futterbehälter 111 wird das zu verteilende Futter aufgenommen und kann ggf. mithilfe einer Mischeinrichtung, die in der 1 nicht sichtbar ist, bereits beim Befüllen, in einer Ladestation und/oder während der Fahrt durchmischt werden. Zum Ausbringen des Futters ist ein Futterauswurf 112 vorhanden, der mithilfe eines Förderbandes umgesetzt ist. Je nach Laufrichtung des Förderbandes kann Futter zu einer von beiden Seiten des Fütterungsroboters ausgebracht werden. Die Anordnung des Futterbehälters 111 und des Futterauswurfs 112 stellen die Funktionseinheit des Fahrroboters 1 dar, da sie die spezifische Funktionalität desselben bereitstellen und ihn so als Fütterungsroboter definieren.In the case of the driving robot 1, which in the present case is equipped as a feeding robot, the structure 110 has a feed container 111 as a key component. The feed to be distributed is received in the feed container 111 and can, if necessary, be mixed with the aid of a mixing device which is located in the 1 not visible, are already mixed during filling, in a loading station, and/or during travel. A feed ejector 112 is provided for distributing the feed, which is implemented using a conveyor belt. Depending on the direction of travel of the conveyor belt, feed can be dispensed to either side of the feeding robot. The arrangement of the feed container 111 and the feed ejector 112 represent the functional unit of the driving robot 1, as they provide its specific functionality and thus define it as a feeding robot.

Der Aufbau 110 umfasst weiter eine Verkleidung, die mithilfe von einer Mehrzahl von Verkleidungselementen, in der Regel Verkleidungsplatten 113 besteht. Die Verkleidungsplatten 113 können bevorzugt separat abgenommen werden, um Zugang zu darunterliegenden Komponenten und deren Wartung oder Austausch zu erhalten. In die Verkleidung sind von außen zugängliche Elemente integriert, beispielsweise Ladekontakte 114 und Bedien- und/oder Anzeigeelemente an der gegenüber liegenden und hier nicht sichtbaren Stirnseite des Fahrroboters 1. Der Fahrroboter 1 ist dazu eingerichtet, selbsttätig in eine Ladestation einzufahren, in der die Ladekontakte 114 kontaktiert werden, um Batterien oder andere Stromspeicher des Fahrroboters 1 wieder aufzuladen.The structure 110 further comprises a casing, which is made up of a plurality of casing elements, usually casing panels 113. The casing panels 113 can preferably be removed separately to gain access to the underlying components and their maintenance or replacement. Externally accessible elements are integrated into the casing, for example, charging contacts 114 and operating and/or display elements on the opposite and here not visible front side of the driving robot 1. The driving robot 1 is a directed to automatically drive into a charging station in which the charging contacts 114 are contacted in order to recharge batteries or other power storage devices of the driving robot 1.

Der Fahrroboter 1 ist weiter mit einem Navigationssystem versehen, das eine Navigation im Stall- oder Hofbereich ohne fest verlegte Infrastrukturelemente wie Schienen oder Leitkabel ermöglicht. Zu diesem Zweck ist der Fahrroboter mit einer Mehrzahl von Sensoren ausgestattet, die entweder in die Verkleidung integriert sind oder aus der Verkleidung hervorragen.The driving robot 1 is also equipped with a navigation system that enables navigation in the stable or yard area without permanently installed infrastructure elements such as rails or guide cables. For this purpose, the driving robot is equipped with a plurality of sensors that are either integrated into the cladding or protrude from the cladding.

In 1 sind zwei Lidar (Light detection and ranging)-Sensoren 115, die einer Objekterkennung zur Navigationsunterstützung dienen, erkennbar. Die beiden Lidar-Sensoren 115 sind jeweils vorne bzw. hinten am Fahrroboter angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können andere 3-dimensional abbildende Systeme eingesetzt werden, z.B. Time-of-Flight (ToF)-Kameras oder ein stereoskopisch arbeitendes Kamerasystem. Weiter kann vorgesehen sein, in Fahrtrichtung vorne und ggf. auch hinten jeweils eine optische Kamera anzuordnen. Die Kameras dienen dann zur Objekt- oder Stufendetektion oder einer zusätzlichen Unterstützung der Navigation. Die Kameras können nach unten geneigt ausgerichtet sein, um insbesondere den in beiden Fahrtrichtungen (d.h. bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt) unmittelbar vor dem Fahrroboter 1 liegenden Bodenbereich aufnehmen und damit überwachen zu können. Weiter sind verteilt um den Umfang des Fahrroboters 1 seitlich im unteren Bereich der Verkleidung sowie an den Stirnseiten Ultraschallsensoren 116 als Abstandssensoren zu nah liegenden Hindernissen vorhanden.In 1 Two Lidar (Light Detection and Ranging) sensors 115, which are used for object detection to support navigation, can be seen. The two Lidar sensors 115 are arranged at the front and rear of the driving robot, respectively. Alternatively or additionally, other 3-dimensional imaging systems can be used, e.g., Time-of-Flight (ToF) cameras or a stereoscopic camera system. Furthermore, it can be provided to arrange an optical camera at the front and, if necessary, at the rear in the direction of travel. The cameras then serve for object or step detection or to provide additional navigation support. The cameras can be tilted downwards in order to be able to record and thus monitor the ground area directly in front of the driving robot 1 in both directions of travel (i.e., when driving forwards and backwards). Furthermore, ultrasonic sensors 116 are distributed around the circumference of the driving robot 1 laterally in the lower area of the cladding and on the front sides as distance sensors to nearby obstacles.

Weitere, hier nicht sichtbare Sensoren, sind mechanische Sensoren, die eine Krafteinwirkung auf eine der oder beide Sicherheits-Stoßstangen 103, 104 detektieren. Dazu kann die jeweilige Sicherheits-Stoßstange 103, 104 beispielsweise beweglich gelagert sein, so dass bei Bewegung gegen eine Federkraft einer von gegebenenfalls mehreren Sensoren betätigt wird. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Sicherheits-Stoßstange 103, 104 in einem äußeren Bereich aus einem elastisch verformbaren Material gebildet sein, insbesondere einem Schaumstoff, in das ein Sensor eingearbeitet ist, der eine Verformung bevorzugt entlang des gesamten Rands der Sicherheits-Stoßstange 103, 104 detektiert. Vorteilhaft wird so eine Kollision mit einem Hindernis gedämpft und gleichzeitig erfasst.Further sensors, not visible here, are mechanical sensors that detect a force acting on one or both of the safety bumpers 103, 104. For this purpose, the respective safety bumper 103, 104 can, for example, be movably mounted, so that when moved against a spring force, one of possibly several sensors is activated. In an alternative embodiment, the safety bumper 103, 104 can be formed in an outer region from an elastically deformable material, in particular a foam, into which a sensor is incorporated, which detects a deformation preferably along the entire edge of the safety bumper 103, 104. In this way, a collision with an obstacle is advantageously dampened and simultaneously detected.

Der Fahrroboter 1 weist mindestens eine Steuereinrichtung auf, die Aktoren des Fahrroboters, u.a. auch Fahrmotoren, ansteuert und Signale der Sensoren einliest und auswertet. Die Steuereinrichtung übernimmt auch Navigationsaufgaben und führt eine abgespeicherte Umgebungskarte, die u.a. im Zusammenhang mit einer Lokalisierung des Fahrroboters in seiner Umgebung dient. Die Karte wird bevorzugt durch Auswertung der Sensordaten, die während verschiedener Fahrten erfasst werden, vom Fahrroboter 1 in einem sogenannten SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) - Verfahren selbst erstellt und ggf. nachträglich manuell überarbeitet und/oder ergänzt wird.The driving robot 1 has at least one control device that controls the driving robot's actuators, including drive motors, and reads and evaluates sensor signals. The control device also performs navigation tasks and maintains a stored environmental map, which serves, among other things, to localize the driving robot in its environment. The map is preferably created by the driving robot 1 itself by evaluating the sensor data recorded during various journeys using a so-called SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) process. It can then be subsequently manually revised and/or supplemented if necessary.

Zudem ist die Steuereinrichtung mit Kommunikationsschnittstellen, insbesondere zur drahtlosen Kommunikation, ausgestattet oder gekoppelt. Die Kommunikationsschnittstellen dienen z.B. einer Verbindung mit einem übergeordneten Betriebsmanagementsystem, das den Einsatz des Fahrroboters 1 koordiniert. Weiter können die Kommunikationsschnittstellen genutzt werden, um den Fahrroboter 1 mithilfe einer Fernbedienung zu steuern.In addition, the control device is equipped with or coupled to communication interfaces, in particular for wireless communication. The communication interfaces serve, for example, to connect to a higher-level operations management system that coordinates the use of the driving robot 1. Furthermore, the communication interfaces can be used to control the driving robot 1 using a remote control.

In 2 ist ein Ausschnitt aus einem zweidimensionalen Plan dargestellt, den der Fahrroboter 1 im Rahmen seines SLAM-Navigationsverfahren zur Navigation nutzt. Der Plan wird auch als Umgebungskarte bezeichnet und ist ein digitales Abbild der Umgebung, in der sich der Fahrroboter 1 bewegt. Der in 2 gezeigte Ausschnitt ist zum Beispiel Teil eines größeren Plans des landwirtschaftlichen Betriebs, auf dem der Fahrroboter 1 eingesetzt wird. In der Regel umfasst der von dem Fahrroboter 1 genutzte Plan eine Vielzahl von Punkten, die durch vorgegebene Verbindungslinien, auch Routen oder Routenabschnitte genannt, verbunden sind.In 2 is a section of a two-dimensional map that the driving robot 1 uses for navigation as part of its SLAM navigation process. The map is also referred to as an environment map and is a digital image of the environment in which the driving robot 1 moves. 2 The section shown is, for example, part of a larger plan of the agricultural operation on which the driving robot 1 is used. As a rule, the plan used by the driving robot 1 comprises a large number of points that are connected by predefined connecting lines, also called routes or route sections.

Die verschiedenen Punkte können von dem Fahrroboter 1 angefahren werden beziehungsweise können mit bestimmten Aktionen verbunden sein, die der Fahrroboter 1 nach dem Anfahren des Punkts ausführt. Zu solchen Aktionen zählen beispielsweise das Anfordern von einzufüllenden Futtermengen und/oder das Abgeben von Futtermengen oder ähnliches. Eine Navigation des Fahrroboters 1 erfolgt üblicherweise entlang der die Punkte verbindenden Routen.The various points can be approached by the driving robot 1 or can be associated with specific actions that the driving robot 1 performs after approaching the point. Such actions include, for example, requesting feed quantities to be added and/or dispensing feed quantities, or similar actions. Navigation of the driving robot 1 typically occurs along the routes connecting the points.

In der 2 sind beispielhaft nur zwei solcher Punkte, ein Startpunkt 3 und ein Zielpunkt 4, wiedergegeben. In direkter Verbindung von dem Startpunkt 3 und dem Zielpunkt 4 ist ein nicht befahrbarer Bereich 5 eingezeichnet, der beispielsweise bei Erkundung der Umgebung von dem Fahrroboter 1 selbst als nicht befahrbares Hindernis erkannt und in die Umgebungskarte eingetragen wurde oder der in Nachbearbeitung der Umgebungskarte manuell vorgegeben wurde.In the 2 As an example, only two such points are shown: a starting point 3 and a destination point 4. A non-driveable area 5 is shown directly connected to the starting point 3 and the destination point 4. This area 5 was recognized as a non-driveable obstacle by the driving robot 1 itself during exploration of the surroundings and entered into the surroundings map, or was manually specified during post-processing of the surroundings map.

Weiter ist im Plan der 2 eine vorgegebene Verbindungslinie 6 eingezeichnet, die den Startpunkt 3 und den Zielpunkt 4 miteinander verbindet und eine mögliche Route für den Fahrroboter 1 darstellt. Hier im Beispiel setzt sich die Verbindungslinie aus zwei geraden Abschnitten zusammen, um den nicht befahrbaren Bereich 5 zu umfahren. Die Route entlang der Verbindungslinie 6 wird nachfolgend der einfacheren Benennung halber auch als Originalroute 6 bezeichnet.The plan also includes the 2 a predefined connecting line 6 is drawn, which connects the starting point 3 and the destination point 4 and represents a possible route for the driving robot 1 In this example, the connecting line consists of two straight sections to bypass the non-drivable area 5. The route along the connecting line 6 will be referred to as original route 6 for ease of naming.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem in 2 darstellten Plan zusätzlich zu der Originalroute 6 eine Anzahl von weiteren Verbindungslinien 7 vorgegeben. Rein beispielshaft sind in der Darstellung der 2 drei weitere Verbindungslinien 7 dargestellt, wobei diese Zahl in einer Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt größer ist und lediglich aus Gründen der besseren Darstellbarkeit hier so gewählt ist. Routen entlang jeder der weiteren Verbindungslinien 7 stellen alternative Routen zur Originalroute dar und werden daher einfacheren Benennung halber auch als Alternativrouten 7 bezeichnet.According to a first embodiment of a method according to the invention, in the 2 In addition to the original route 6, a number of further connecting lines 7 are specified in the plan shown. Purely as an example, the representation of the 2 Three additional connecting lines 7 are shown, whereby this number is preferably larger in an implementation of the method according to the invention and is chosen here solely for reasons of better representation. Routes along each of the additional connecting lines 7 represent alternative routes to the original route and are therefore also referred to as alternative routes 7 for the sake of simplicity.

Erfindungsgemäß wird bei aufeinanderfolgenden Fahrten zwischen dem Startpunkt 3 und dem Zielpunkt 4 vom Fahrroboter 1 die tatsächlich abgefahrene Route variiert, indem entweder die Originalroute 6 oder eine der möglichen Alternativrouten 7 vorab ausgewählt wird. Es kann beispielsweise vor jeder Fahrt vom Startpunkt 3 bis zum Zielpunkt 4 zufällig eine Route aus der Menge der vorhandenen Verbindungslinien 6, 7 ausgewählt werden. Die Auswahl verschiedener der Routen in aufeinanderfolgenden Fahrten verhindert, dass der Fahrroboter 1 mit seinen Rädern, z.B. den Antriebsrädern 101, Spurrinnen in den Untergrund in dem Stall- oder Hofbereich einfährt.According to the invention, during consecutive journeys between the starting point 3 and the destination point 4, the driving robot 1 varies the route actually traveled by preselecting either the original route 6 or one of the possible alternative routes 7. For example, before each journey from the starting point 3 to the destination point 4, a route can be randomly selected from the set of available connecting lines 6, 7. Selecting different routes in consecutive journeys prevents the driving robot 1 from driving its wheels, e.g., the drive wheels 101, into ruts in the ground in the stable or yard area.

Bei dem in 2 gezeigten Beispiel verlaufen die Verbindungslinien 6, 7 im Wesentlichen parallel zueinander. Es können auch sich kreuzende Verbindungslinien 6, 7 vorgegeben sein, wobei vorgesehen sein kann, dass der Fahrroboter 1 die Route abschnittsweise entlang verschiedener Verbindungslinien 6, 7 legt. An einem Kreuzungspunkt oder an mehreren Kreuzungspunkten wechselt dann die Route von einer auf eine andere der Verbindungslinien 6, 7. Auf diese Weise kann die Vielfalt an unterschiedlichen Routen weiter erhöht werden.In the 2 In the example shown, the connecting lines 6, 7 run essentially parallel to one another. Intersecting connecting lines 6, 7 can also be specified, whereby it can be provided that the driving robot 1 lays the route in sections along different connecting lines 6, 7. At an intersection point or at several intersection points, the route then changes from one of the connecting lines 6, 7 to another. In this way, the variety of different routes can be further increased.

Die weiteren Verbindungslinien 7 können in einer manuellen Überarbeitung der von dem Fahrroboter 1 zur Navigation benutzten Umgebungskarte manuell eingetragen werden. Es ist auch denkbar, dass die weiteren Verbindungslinien 7 in einem automatischen Algorithmus in den Plan des Fahrroboters 1 vorab eingetragen werden. Dabei können Randbedingungen vorgegeben sein, beispielsweise dahingehend, dass die maximal zulässige Abweichung von der Originalroute 6 beschränkt ist, und dass nicht befahrbare Bereiche 5 berücksichtigt werden.The additional connecting lines 7 can be manually entered in a manual revision of the environmental map used by the driving robot 1 for navigation. It is also conceivable that the additional connecting lines 7 are pre-entered into the plan of the driving robot 1 using an automatic algorithm. Boundary conditions can be specified, for example, that the maximum permissible deviation from the original route 6 is limited and that non-drivable areas 5 are taken into account.

In 3 ist in gleicher Weise wie in 2 und für die gleiche Anordnung von Startpunkt 3, Zielpunkt 4 und nicht befahrbarem Bereich 5 eine andere Verbindungslinie 6 (Originalroute 6) dargestellt.In 3 is in the same way as in 2 and for the same arrangement of starting point 3, destination point 4 and non-driveable area 5, another connecting line 6 (original route 6) is shown.

In diesem Ausführungsbeispiel sind keine weiteren Verbindungslinien 7 als mögliche Routen vorab festgelegt oder ermittelt, sondern es ist stattdessen eine Verbindungsfläche 8 angegeben, die als eine zusammenhängende Fläche den Startpunkt 3 und den Zielpunkt 4 verbindet. Innerhalb der Verbindungsfläche bestimmt der Fahrroboter 1 selbstständig abzufahrende Routen zwischen dem Startpunkt 3 und dem Zielpunkt 4, beispielsweise zufällig, mit der Maßgabe, dass die Routen vollständig im Bereich der Verbindungsfläche 8 liegen.In this exemplary embodiment, no further connecting lines 7 are predefined or determined as possible routes, but instead a connecting surface 8 is specified which, as a continuous surface, connects the starting point 3 and the destination point 4. Within the connecting surface, the driving robot 1 independently determines routes to be traveled between the starting point 3 and the destination point 4, for example randomly, with the proviso that the routes lie entirely within the area of the connecting surface 8.

Die Verbindungfläche 8 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel automatisiert durch Vorgabe eines Abstands d anhand der Originalroute 6 generiert. Die Verbindungsfläche 8 ist so definiert, dass ihre Ränder innerhalb eines Streifens mit der halben Breite des Abstands d zur Originalroute 6 liegen. In alternativen Ausgestaltungen sind vergleichbare Festlegungen für die automatische Bestimmung der Verbindungsfläche 8 denkbar, beispielsweise, dass ihr Rand den maximalen Abstand d von der Originalroute 6 einnimmt. Dabei können weitere Randbedingungen berücksichtigt werden, beispielsweise, dass der nicht befahrbare Bereich 5 aus der Verbindungsfläche 8 auszunehmen ist.In the illustrated embodiment, the connecting surface 8 is generated automatically by specifying a distance d based on the original route 6. The connecting surface 8 is defined such that its edges lie within a strip with half the width of the distance d from the original route 6. In alternative embodiments, comparable specifications for the automatic determination of the connecting surface 8 are conceivable, for example, that its edge occupies the maximum distance d from the original route 6. Further boundary conditions can be taken into account, for example, that the non-drivable area 5 is to be excluded from the connecting surface 8.

4 zeigt schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel in vergleichbarer Art wie die 2 und 3. Wiederum sind der Startpunkt 3, der Zielpunkt 4 und der nicht befahrbare Bereich 5 in gleicher Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen vorgegeben. Auch eine Originalroute 6, die Startpunkt 3 und Zielpunkt 4 verbindet, ist angegeben. 4 finally shows a third embodiment in a similar way to the 2 and 3 . Again, the starting point 3, the destination point 4, and the non-drivable area 5 are specified in the same way as in the previous embodiments. An original route 6 connecting the starting point 3 and destination point 4 is also specified.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist - wie bei 3 - eine Verbindungsfläche 8 definiert, innerhalb derer der Fahrroboter 1 selbstständig seine Fahrroute festlegt und dabei möglichst vielfältig von Fahrt zu Fahrt variiert. Die Verbindungsfläche 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht über einen Algorithmus automatisch anhand der Originalroute 6 bestimmt, sondern ist vom Anwender vorab frei definiert worden. Dabei kann auch vorgesehen sein, mehr als eine Verbindungsfläche 8 zu definieren, die Start- und Zielpunkt 3, 4 miteinander verbindet.In this embodiment, as in 3 - a connecting surface 8 is defined, within which the driving robot 1 independently determines its driving route, varying it as diversely as possible from trip to trip. However, in this exemplary embodiment, the connecting surface 8 is not automatically determined by an algorithm based on the original route 6, but is freely defined by the user in advance. It is also possible to define more than one connecting surface 8 connecting the starting and destination points 3, 4.

Es ist auch denkbar, Verbindungslinien und Verbindungsflächen hintereinanderliegend zu kombinieren. Der Fahrroboter 1 hat dann in bestimmten Abschnitten die Möglichkeit, seine Fahrroute frei in der Verbindungsfläche zu planen, während er in anderen Abschnitten einer Verbindungslinie folgen muss, die er aus einer Menge vorgegebener Verbindungslinien wählen kann. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass in einem Abschnitt nur eine Verbindungslinie definiert ist, die in dem Abschnitt der Strecke dann zwingend gewählt werden muss.It is also conceivable to combine connecting lines and connecting surfaces one after the other. The driving robot 1 then has the option of planning its route freely within the connecting surface in certain sections, while in other sections it must follow a connecting line that it selects from a set of predefined connections. connection lines. It can also be specified that only one connecting line is defined in a section, which must then be selected in that section of the route.

In allen drei Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass gleiche Verbindungslinien 6, 7 bzw. gleiche Verbindungsflächen 8 nicht nur für eine Fahrt vom Startpunkt 3 bis zu Zielpunkt 4 verwendet werden, sondern auch für eine Fahrt in umgekehrter Richtung, also vom Zielpunkt 4 bis zum Startpunkt 3. Es kann alternativ auch vorgehsehen sein, für unterschiedliche Richtungen unterschiedliche Verbindungslinien 6, 7 bzw. Verbindungsflächen 8 zu nutzen. Das kann z.B. in Fällen sinnvoll sein, in denen der Fahrroboter 1 die beiden Richtungen in unterschiedlichen Konditionen befährt, z.B. voll beladen und daher schwerer in die eine Richtung (von der Küche weg) und entleert und daher leichter in die entgegengesetzte Richtung (zur Küche hin).In all three exemplary embodiments, it can be provided that the same connecting lines 6, 7 or the same connecting surfaces 8 are used not only for a journey from the starting point 3 to the destination point 4, but also for a journey in the opposite direction, i.e. from the destination point 4 to the starting point 3. Alternatively, it can also be provided to use different connecting lines 6, 7 or connecting surfaces 8 for different directions. This can be useful, for example, in cases in which the driving robot 1 travels in the two directions under different conditions, e.g., fully loaded and therefore heavier in one direction (away from the kitchen) and emptied and therefore lighter in the opposite direction (towards the kitchen).

Wie bereits zuvor erwähnt, kann in allen drei Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die tatsächlich gefahrene Route aus der Menge von möglichen Routen zufällig ausgewählt wird. Es ist alternativ auch denkbar, dass aus der Menge an möglichen Routen nach einem fest vorgegebenen Schema von Fahrt zu Fahrt die tatsächliche Route ausgewählt wird. Beispielsweise kann ein Abstand definiert werden, um den nacheinander gefahrene Routen jeweils seitlich versetzt werden.As already mentioned, in all three embodiments, it can be provided that the actual route traveled is randomly selected from the set of possible routes. Alternatively, it is also conceivable that the actual route is selected from the set of possible routes according to a fixed, predefined pattern from trip to trip. For example, a distance can be defined by which successively traveled routes are offset laterally.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vom Fahrroboter 1 protokolliert, wie oft und gegebenenfalls auch zu welchem Zeitpunkt und unter welche Bedingungen die verschiedenen Routen tatsächlich befahren werden. Es kann dann eine Gleichverteilung hergestellt werden, indem noch nicht gefahrene Routen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit ausgewählt werden. Dabei können bei dem Befahren der möglichen Routen herrschende Konditionen miterfasst und berücksichtigt werden. Der als Fütterungsroboter ausgebildete Fahrroboter 1 verfügt beispielsweise in der Regel über eine Wiegeeinrichtung, mit der die Zuladung im Futterbehälter 111 erfasst werden kann. Aus der Zuladung kann der Fahrroboter 1 sein aktuelles Gesamtgewicht ermitteln und damit die erfolgte Route in seiner Protokollierung gewichten.In an advantageous embodiment, the driving robot 1 logs how often and, if applicable, at what time and under which conditions the various routes are actually traveled. An even distribution can then be achieved by selecting routes with a higher probability that have not yet been traveled. Conditions prevailing when traveling the possible routes can be recorded and taken into account. For example, the driving robot 1 designed as a feeding robot generally has a weighing device with which the payload in the feed container 111 can be recorded. From the payload, the driving robot 1 can determine its current total weight and thus weight the route taken in its logging.

Weiter ist beispielsweise denkbar, dass bei Fahrten im Außenbereich mitberücksichtigt wird, ob der Untergrund trocken oder von einem aktuellen oder zurückliegenden Regen durchfeuchtet ist, was ebenfalls Auswirkungen auf die Belastung für den entsprechenden Routenabschnitt bei einer Fahrt hat. Die Auswahl der möglichen Routen berücksichtigt dann nicht nur eine Gleichverteilung im Hinblick auf die Anzahl der erfolgten Fahrten, sondern eine Gleichverteilung im Hinblick auf eine erfolgte Belastung des Untergrunds auf der jeweiligen Route.It is also conceivable, for example, that for outdoor journeys, consideration may be given to whether the ground is dry or wet from current or previous rain, which also affects the load for the corresponding route section during a journey. The selection of possible routes then takes into account not only an equal distribution with regard to the number of journeys made, but also an equal distribution with regard to the load on the ground along the respective route.

Weiter kann dabei ebenfalls berücksichtigt werden, inwieweit eine Fahrtroute beziehungsweise ein bestimmter Fahrtroutenabschnitt anfällig für bestimmte Belastungen beziehungsweise für bestimmte Belastungen bei bestimmten Konditionen (Gewicht des Fahrtroboters 1; Umwelt- bzw. Umgebungsbedingung wie nass/trocken) ist. Es wird somit eine tatsächlich erfolgte relative Belastung eines bestimmten Fahrtroutenabschnitt protokolliert und der nachfolgenden Routenauswahl zugrunde gelegt.Furthermore, the extent to which a route or a specific route section is susceptible to certain loads or to certain loads under certain conditions (weight of the driving robot 1; environmental or ambient conditions such as wet/dry) can also be taken into account. Thus, the actual relative load of a specific route section is recorded and used as the basis for subsequent route selection.

Die Auswahl der Routen und das Sicherstellen einer gleichmäßigen Belastung von Fahrtroutenabschnitten kann in einer Ausgestaltung mithilfe von deterministischen Algorithmen erfolgen. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, die Routenauswahl und das Vermeiden von ungleichmäßigen Belastungen der Fahrtroutenabschnitte auch mithilfe von künstlicher Intelligenz vorzunehmen. Beispielsweise kann ein neuronales Netz eingesetzt werden, das mit zur Verfügung stehenden Fahrtrouten und mit Informationen zur Belastbarkeit von Fahrtroutenabschnitten, ggf. unter der Berücksichtigung von Umwelt- bzw. Umgebungsbedingungen und Belastungskonditionen, trainiert wird. Anstelle von neuronalen Netzen können auch lernfähige Algorithmen, z.B. Q-Learning, eingesetzt werden.In one embodiment, route selection and ensuring even load distribution across route sections can be achieved using deterministic algorithms. Alternatively or additionally, route selection and the avoidance of uneven load distribution across route sections can also be achieved using artificial intelligence. For example, a neural network can be used, trained using available routes and information on the load capacity of route sections, possibly taking environmental conditions and load conditions into account. Instead of neural networks, adaptive algorithms, such as Q-learning, can also be used.

Weiter kann zusätzlich vorgesehen sein, eine aktuell erfasste Beschaffenheit des Untergrunds bei der Auswahl der Routen zu berücksichtigen. Der Untergrund kann beispielsweise durch eine an dem Fahrroboter 1 angebrachte Kamera abgebildet werden und die Beschaffenheit durch eine Auswertung der Abbildung ermittelt werden. Die Auswertung kann auch hierbei KI-unterstützt erfolgen. Als Kamera kann dabei insbesondere eine 3-dimensional abbildende Kamera bzw. Kamerasystem, z.B. eine ToF-Kamera oder ein stereoskopisch arbeitendes Kamerasystem, genutzt werden. Alternativ können auch 1- oder 2-dimensional arbeitende Abstandsmesssysteme, z. B. Ultraschallsensoren, zur Abbildung des Untergrunds eingesetzt werden. Auch Informationen eines Lidar-Systems, z.B. der zur Navigation genutzten Lidar-Sensoren 115, können zur Bestimmung der Beschaffenheit des Untergrunds herangezogen werden.Furthermore, it can additionally be provided to take into account the currently recorded condition of the ground when selecting routes. The ground can, for example, be imaged by a camera attached to the driving robot 1, and the condition can be determined by evaluating the image. The evaluation can also be carried out with AI support. The camera used can in particular be a 3-dimensional camera or camera system, e.g., a ToF camera or a stereoscopic camera system. Alternatively, 1- or 2-dimensional distance measuring systems, e.g., ultrasonic sensors, can be used to image the ground. Information from a lidar system, e.g., the lidar sensors 115 used for navigation, can also be used to determine the condition of the ground.

Anhand der Beschaffenheit können beispielsweise Aussagen über eventuell bereits gebildete oder sich andeutungsweise abzeichnende Fahrrinnen getroffen werden, so dass gebildete oder sich abzeichnende Rinnen nicht mehr oder zumindest weniger häufig erneut befahren werden, um sie nicht weiter zu vertiefen. Die Beschaffenheit kann weiter einen Feuchtigkeitsgrad des Untergrunds umfassen, der ggf. seine Belastbarkeit beeinflusst.Based on the condition, for example, statements can be made about possibly already formed or only slightly emerging channels, so that formed or emerging channels are no longer or at least less frequently navigated in order to prevent them from becoming further deepened. The condition can also determine the degree of moisture in the subsoil. reason that may affect its resilience.

BezugszeichenReference symbol

11: FahrroboterDriving robot
22: FahrtrichtungDirection of travel
33: StartpunktStarting point
44: ZielpunktDestination point
55: nicht befahrbarer Bereichnon-drivable area
66: Verbindungslinie (Originalroute)Connecting line (original route)
77: Verbindungslinie (Alternativroute)Connecting line (alternative route)
88: Verbindungsflächeconnecting surface
100100: Fahrgestellchassis
101101: Antriebsraddrive wheel
102102: Schürze FutterschieberApron feed pusher
103103: vordere Sicherheits-Stoßstangefront safety bumper
104104: hintere Sicherheits-Stoßstangerear safety bumper
110110: AufbauConstruction
111111: FutterbehälterFeed container
112112: FutterauswurfFeed ejection
113113: VerkleidungsplattenCladding panels
114114: LadekontakteCharging contacts
115115: Lidar-SensorLidar sensor
116116: UltraschallsensorUltrasonic sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/097080 A1 [0004]
US 2020/0150656 A1 [0007]

Claims

A method for navigating an autonomously driving agricultural robot (1) between a starting point (3) and a destination point (4), comprising the following steps: - providing the starting point (3) and the destination point (4) on a map of the environment; - specifying or determining a plurality of connecting lines (6, 7) and/or at least one connecting surface (8) between the starting point (3) and the destination point (4); - determining at least two different routes between the starting point (3) and the destination point (4), which routes lead along one of the specified connecting lines (6, 7) and/or which each lie entirely within the at least one specified connecting surface (8); and - autonomously following the at least two different routes by the driving robot (1).

Procedure according to Claim 1 , in which the plurality of connecting lines (6, 7) and/or the at least one connecting surface (8) are predetermined and entered in the surrounding map.

Procedure according to Claim 1 or 2 , in which a part of the plurality of connecting lines (7) and/or the at least one connecting surface (8) is automatically determined on the basis of a predetermined connecting line (6) and on the basis of predetermined boundary conditions.

Procedure according to Claim 3 , in which a maximum distance of the connecting lines (7) and/or an edge of the at least one connecting surface (8) from the predetermined connecting line (6) is specified as a boundary condition.

Procedure according to Claim 3 or 4 , in which at least one non-drivable area (5) is specified as a boundary condition, wherein the connecting lines (7) and/or the at least one connecting surface (8) are determined such that no section of them lies in the at least one non-drivable area (5).

Method according to one of the Claims 1 until 5 , in which at least one of the determined routes runs from the starting point (3) to the destination point (4) along one of the connecting lines (6, 7).

Method according to one of the Claims 1 until 6 in which at least two of the connecting lines (6, 7) intersect and in which at least one of the determined routes runs in sections on the two intersecting connecting lines (6, 7).

Method according to one of the Claims 1 until 7 , in which the determined route is selected randomly.

Method according to one of the Claims 1 until 8 , in which the determined route is selected according to a given scheme.

Method according to one of the Claims 1 until 9 , in which routes are determined and/or selected using AI methods.

Method according to one of the Claims 1 until 10 , in which determined and actually driven routes are logged.

Procedure according to Claim 11 , in which the conditions under which the route is driven are recorded in the protocol.

Procedure according to Claim 12 , in which the conditions concern the driving robot (1), in particular its current weight.

Procedure according to Claim 12 or 13 where the conditions are environmental conditions, in particular humidity.

Method according to one of the Claims 12 until 14 , in which the conditions relate to a surface on which the driving robot (1) travels, in particular a load-bearing capacity and/or susceptibility with regard to the formation of ruts.

Method according to one of the Claims 11 until 15 , in which the logged information is taken into account when determining routes.

Agricultural driving robot (1) with a control device for autonomous navigation between a starting point (3) and a destination point (4) along a route, characterized in that the control device for determining the route to be followed for carrying out a method according to one of the Claims 1 until 16 is set up.

Driving robot (1) to Claim 17 , trained as feeding robots, as bedding robots, as excrement collection robots or as universal transport robots.

Driving robot (1) to Claim 18 , comprising a weighing device for determining a load weight.