WO2019091725A1 - Verfahren und anzeigegerät zum führen einer arbeitsmaschine - Google Patents

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WO2019091725A1
WO2019091725A1 PCT/EP2018/078323 EP2018078323W WO2019091725A1 WO 2019091725 A1 WO2019091725 A1 WO 2019091725A1 EP 2018078323 W EP2018078323 W EP 2018078323W WO 2019091725 A1 WO2019091725 A1 WO 2019091725A1
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WO
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image information
working
work machine
route
machine
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PCT/EP2018/078323
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English (en)
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Marcus Hiemer
Mark Mohr
Mauro Cesar ZANELLA
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A01B69/001—Steering by means of optical assistance, e.g. television cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/005—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations

Definitions

  • Known methods for guiding a work machine along a route include controlling a movement of the work machine along the route.
  • Guiding a work machine may be a user guided machine guidance.
  • the operation of the work machine may also include or be understood as controlling or regulating the work machine by a user.
  • a work machine can be any vehicle that can be used for a work, for example an agricultural machine.
  • a route can also be defined as a path or a route along which the work machine is to be moved.
  • the route may include a two- or three-dimensional trajectory with or without altitude information.
  • a movement of the work machine can also be referred to as a drive with the work machine.
  • Known display devices for guiding a work machine along a route are configured for controlling a movement of the work machine along the route.
  • a view of such a known display device is shown schematically.
  • the display device can show in perspective a route 101 to be traveled on a model of a work site 102.
  • the route 101 to be traveled can also be referred to as an artificial route.
  • the working machine 1 and optionally a working device 103, which can be mounted on the working machine 1 are shown symbolically.
  • a terrain 104 traversed by the work machine 1 or work implement 103 according to the route 101 to be traveled can also be displayed.
  • a tracking system is known with which a vehicle is moved along a predetermined lane. To drive off the lane and perform work, a driver of the vehicle is presented with the predetermined lane and the position of the vehicle. Solutions are provided for improving known methods and display devices for guiding a work machine.
  • Such a solution for a method for guiding a work machine consists in acquiring image information with at least one sensor, visualizing the image information with a display device, wherein the image information has information about the environment around the work machine and wherein the work machine is controllable with the image information.
  • Image information can be image data.
  • Capturing image information may also be defined as detecting or capturing image information.
  • image information basically any visualizable information can be understood, which can be represented as a picture in a two-dimensional image coordinate system.
  • Image information can basically be captured by photogrammetry, remote sensing or scanning.
  • Image information may also come from an external source, such as a satellite image or a drone-captured image.
  • any sensor for capturing image information can be provided.
  • a camera may be provided.
  • the camera can produce a photographic image of the environment as image information.
  • a temperature camera which generates a temperature image as image information or a 3D camera which generates a depth image as image information may be provided as the sensor. With such cameras, areal information about the environment can be captured pixel-like and simultaneously.
  • Visualizing image information can also be understood as displaying, displaying or displaying image information.
  • At least one coordinate transformation in particular a transformation from a global coordinate system into a local image coordinate system or from a camera system into an image system, may be necessary for the visualization.
  • the visualization can also be defined as displaying, displaying or visualizing.
  • a display device may be, for example, a display, a monitor or a screen.
  • the display device may be portable, such as a tablet, or fixed to the be connected.
  • the display device can be installed in the work machine, in particular in a guide post of the work machine.
  • Information about the environment around the work machine may include information about visible light. It is possible to visualize a picture of the environment around the working machine in the visible spectrum. An image can be a photo. Alternatively or additionally, an infrared image or a depth image of the surroundings of the working machine can be detected. In an infrared image, information about the environment may include infrared radiation. In a depth image, distances from the work machine to objects in the environment can be represented as pixel-like or voxel-like.
  • the environment around the work machine can also be defined as a scene or scenery. Furthermore, the surroundings may also be the periphery or the environment of the working machine.
  • the solutions provided are based on the knowledge that an automated, in particular a positionally accurate, guiding a work machine along a route to be processed can not be sufficient to optimally execute corresponding work tasks along the route.
  • a basic idea may be seen to provide real environmental information to a user visually in real time while working with a work machine along a work route to incorporate actual conditions of the environment into the work to be performed.
  • Environment information can thus be used as a real-time representation of the environment around the work machine for controlling the same, wherein the rules can be user-managed or autonomous.
  • a further basic idea can be seen in that the movement of a work machine that can already be guided or regulated by means of satellite navigation can be adapted by adding real-time image acquisition of the work environment to the actual position of objects to be processed, as an additional functionality for regulating the movement behavior of the work machine. It can be deliberately deviated from a predetermined target route to improve the execution of the task object specific For example, information about the field, plants or crop during the work to be performed along a working route can be taken into account in real time with an agricultural machine in field work to be done along a route of the agricultural machine.
  • a tractor, a combine harvester or a harvester can thus also be controlled and moved taking into account actual conditions, for example an existing crop or cereal cutting edge or the position of a swath.
  • the work machine can (partially) automatically drive along the working route as a given movement trajectory.
  • the basis for the trajectory can be global coordinate data, for example GPS coordinates.
  • a route previously traveled by a human may be repeatedly traveled, and this may be referred to as a "playback function" for moving the work machine.
  • One embodiment consists in rules of movement of the work machine with the image information and / or with a working position of the work machine.
  • the work machine can be regulated based on the image information in their lateral dynamics and / or longitudinal dynamics.
  • the working machine can optionally be regulated in terms of its working position in its longitudinal dynamics and based on the image information in their lateral dynamics.
  • the image information may visualize a region of the environment detected or selected by the camera.
  • the camera can have a wide-angle lens or a fisheye lens. This has the advantage that the viewing angle and thus the size of the detected environment can be increased.
  • Another embodiment is to provide a plurality of cameras on the work machine and capture the image information with the plurality of cameras, wherein the image information acquired by the plurality of cameras is at least partially redundant.
  • the cameras can be arranged on the working machine.
  • a camera can have a field of vision oriented in the direction of movement of the working machine.
  • Another camera can be a backward in the direction of movement of the working machine Have field of view.
  • Another camera may have a laterally to the left or right aligned in the direction of movement of the working machine field of view.
  • a field of view of a camera may have an angle of view.
  • the image angle can be changed in particular with an objective.
  • the field of view or the angle of view of the camera can also be called a field of view.
  • the information about the environment of the work machine is a panoramic image. Images taken by at least one camera may overlap, whereby the fields of view of the cameras may at least partially overlap. In corresponding overlapping areas, redundant image information may be present.
  • the panorama image may also be referred to as a surround view.
  • brightness differences or contrast differences can be compensated.
  • distortions can also be reduced. It is also possible to remove stubborn objects from the pictures. For example, a mirror, a chimney or an exhaust of a work machine can be removed.
  • the working machine can be controlled taking into account a complete 360 ° field of view.
  • a further embodiment consists in that a detection and / or visualization of the image information is provided in real time.
  • Real time can be defined in particular as near real time. Capturing the image information in real time can provide a real-time image of the environment around the work machine. A real-time image can be continuously captured and visualized. The real-time image can be displayed by a display device in real time. In order to regulate the work machine, image information can thus be available in real time in order to continuously adapt the movement of the work machine to ambient conditions and thus to correct the movement in real time.
  • the image information can be visualized in different perspectives. Perspectives can also be referred to as views or real-time views.
  • the image information can represent a region of the environment in the field of view of a camera in perspective.
  • the image information can be viewed as an all-round view or in bird's-eye view ("Bird It is also possible to visualize a trajectory view around the work machine.
  • the perspectives can optionally be visualized separately or side by side.An illustrated image information can also be visualized in changeable, changeable or changing perspectives.
  • Various perspectives have the advantage of that a user can select the representation of the environment on a display device and thus can focus on specific areas of the environment to influence the movement behavior of the working machine.
  • a further embodiment is that a detection of a working position of the working machine, a visualization of a working route and a visualization of the working position is provided, wherein the working machine is adjustable with a comparison of the working position with the working route. Rules of the work machine based on comparing the work position with the work route may be optional or permanently supportive. The work machine can be temporarily or permanently self-adjustable with the detected work position.
  • the regulation of a movement of the working machine along the route can first be carried out in a first step as a function of a visual comparison of the working position with the working route.
  • the visual deviation of a current working position from a given working route can be taken into account in order to move the working machine further on or back to the working route.
  • the regulation of the movement of the working machine along the route can then take place in a second step as a function of the visualized image information. It may be desirable to deviate from the work route followed in the first step in order to carry out the work tasks efficiently and precisely. A to be done for doing the task actually following track can be departed so deviating from the working route with the working machine or a work attachment attached thereto, the predetermined working route can be left.
  • the first control step may also be referred to as coarse control, in which the work machine is moved along a predetermined working route
  • the second control step may also be referred to as fine control, in which the along the working route to be executed work task depending on the actual environmental conditions can be performed accurately.
  • the detection of the working position can be carried out by means of satellite navigation or satellite positioning.
  • a satellite navigation system which can be used for this purpose can in particular use GPS, GLONASS and / or GALILEO satellites.
  • a receiver for corresponding satellite signals may be provided on the agricultural machine and detect the working positions of the working machine.
  • the accuracy of position data or working positions can be increased by using a reference station, for example, differential GPS can be used. Fast and high-frequency exposure of position information can thus be provided in real time.
  • a multiplicity of display devices can be provided for visualizing various information on the work machine.
  • a visualization of the image information, the working route, and / or the working position is provided with a single display device.
  • the current working position of the machine can be visualized with respect to a given working route and display additional image information of the environment.
  • the image information can be projected onto a terrain model around the working route and visualized on the display device. It is also possible to visualize the position of a work tool. It can be done a visual readjustment of the movement of the machine based on the image information. For example, such a cutter bar of a tractor can be precisely moved in a field.
  • controlling the movement of the work machine along the route has a departure from the working route.
  • the rules of the movement of the working machine can not be understood as precisely as possible a precise departure of a given working route, but rather as a adapted to the actual environmental conditions targeted deviation from a given working route can be understood.
  • the rules may in particular have a lateral deviation along the working route. This has the advantage that it can react flexibly to changing environmental conditions or to obstacles.
  • a solution for a display device for guiding a work machine is that the display device is designed to visualize image information acquired by a sensor, the image information having information about the environment around the work machine and wherein the display information displayed on the display device for controlling the work machine is provided. Another solution is a work machine having such a display device.
  • the display device can also be designed to visualize a working route and a working position of the working machine detected by a sensor.
  • the display device can visualize combined data having image information, the working position and / or the working route. Such combined data may also be referred to as fused data.
  • information about the environment is also displayed as a real-time scene.
  • a real-time view of the environment may be displayed on the display device as a full-frame with combined data or as a trajectory view as shown in FIG.
  • Fig. 1 shows an indication of a route and a position of a work machine for guiding the same from the prior art.
  • FIG. 2 shows a schematic flowchart of method steps for a method for guiding a work machine.
  • Fig. 3 shows a plan view of a working machine with four cameras for
  • FIG. 4 shows a representation of components for visualizing image information and a working position of a work machine.
  • FIG. 2 shows method steps for guiding a work machine 1.
  • a control S3 of the work machine 1 is performed based on a visualization S22 of image information 11.
  • the image information 11 is generated in a preceding step of detecting S12 of the image information 11 and based on the rule S3.
  • the control S3 of the work machine 1 optionally takes place on the basis of a visualization S23 of the work position 12.
  • the work position 12 is generated in a preceding step of detecting S11 of the work position 12 and based on the rules S3.
  • the control S3 of the work machine 1 is optionally based on a visualization S21 of the work route 14.
  • the work route 14 is generated in a previous step of detecting the work route 14 (not shown).
  • FIG. 3 shows a tractor as an agricultural machine or work machine 1 in plan view with four cameras 2, 3, 4, 5, an electronic control unit 6 and a satellite navigation system 7.
  • the cameras 2, 3, 4, 5 are connected with connections 10 to the control unit 6, for example CAN connections, Ethernet connections, LVDS connections.
  • the connections 10 transmit raw data acquired by the cameras 2, 3, 4, 5 to the control unit 6.
  • the control unit 6 communicates via the connections 10 or electrical connections to the cameras 2, 3, 4, 5, wherein the image acquisition is controlled and parameters of the Image recording can be set.
  • the cameras 2, 3, 4 and 5 on the work machine 1 have four fields of view 20, 30, 40 and 50.
  • a first field of view 20 of the first camera 2 is aligned in the direction of travel of the working machine 1 to the rear.
  • the first camera 2 records a first image as a function of the first field of view 20.
  • a second field of view 30 of the second camera 3 is aligned laterally to the left in the direction of travel of the work machine 1.
  • the second camera 3 records a second image as a function of the second field of view 30.
  • a third field of view 40 of the third camera 4 is aligned in the direction of travel of the work machine 1 to the front.
  • the third camera 4 takes on a third image as a function of the third field of view 40.
  • a fourth field of view 50 of the fourth camera 5 is aligned laterally to the right in the direction of travel of the work machine 1.
  • the fourth camera 5 records a fourth image as a function of the fourth field of view 50.
  • the cameras 2, 3, 4 and 5 are arranged and aligned such that the fields of view 20, 30, 40, 50 generate pairs overlap areas 60, 70, 80 and 90. Regions of the environment in the overlap areas 60, 70, 80 and 90 are thus recorded in two images each by two cameras.
  • An overlap area 70 results from an overlap of the third field of view 40 and the fourth field of view 50, which define the image capture with the third camera 4 and the fourth camera 5.
  • An overlap area 60 results from an overlap of the fourth field of view 50 and the first field of view 20, which define the image capture with the fourth camera 5 and the first camera 2.
  • An overlap area 90 results from an overlap of the first field of view 20 and the second field of view 30, which define the image capture with the first camera 2 and the second camera 3.
  • An overlap area 80 results from an overlap of the second field of view 30 and the third field of view 40, which define the image capture with the second camera 3 and the third camera 4. Based on the individual images recorded in the fields of view 20, 30, 40, 50, a panoramic view is calculated.
  • FIG. 4 shows the components for visualizing image information and a working position of the working machine with a display device 8.
  • Image information 11 is transmitted from the controller 6, which is connected to the cameras 2, 3, 4 and 5, to the display device 8.
  • the control unit 6 has optional N inputs for N cameras.
  • the work machine 1 has a satellite navigation system 7.
  • the satellite navigation system 7 has an antenna (not shown) which receives satellite signals, for example, a GPS receiver is disposed on the work machine 1.
  • the satellite navigation system 7 additionally uses a terrestrial positioning system 9, for example a RTK (Real Time Kinematic) positioning system, to generate position data.
  • RTK Real Time Kinematic
  • the working position 12 is generated by a satellite navigation system 7 and a related optional positioning system 9.
  • the working position 12 is transmitted to the display device 8 via a line, for example CAN or Ethernet.
  • Combined data 13 will be stored on a storage medium 15, for example on a USB stick or an SD card, to be later evaluated offline by the user or user of the work machine 1.

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Abstract

Verfahren und Anzeigegerät zum Führen einer Arbeitsmaschine entlang einer Route, welches Regeln einer Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route aufweist, mit Erfassen von Bildinformation mit mindestens einem Sensor, Visualisieren der Bildinformation mit dem Anzeigegerät, wobei die Bildinformation eine Information zur Umgebung um die Arbeitsmaschine aufweist und wobei die Arbeitsmaschine mit der Bildinformation regelbar ist.

Description

Verfahren und Anzeigegerät zum Führen einer Arbeitsmaschine
Bekannte Verfahren zum Führen einer Arbeitsmaschine entlang einer Route weisen ein Regeln einer Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route auf.
Ein Führen einer Arbeitsmaschine kann eine benutzergeführte Maschinenführung sein. Das Führen der Arbeitsmaschine kann auch ein Steuern oder ein Regeln der Arbeitsmaschine durch einen Benutzer aufweisen oder als solches verstanden werden.
Eine Arbeitsmaschine kann grundsätzlich jedes für eine Arbeit einsetzbare Fahrzeug, beispielsweise eine Landmaschine, sein.
Eine Route kann auch als ein Weg oder eine Strecke definiert werden, entlang derer die Arbeitsmaschine bewegt werden soll. Die Route kann eine zwei- oder dreidimensionale Trajektorie mit oder ohne Höheninformation umfassen. Eine Bewegung der Arbeitsmaschine kann auch als eine Fahrt mit der Arbeitsmaschine bezeichnet werden.
Bekannte Anzeigegerät zum Führen einer Arbeitsmaschine entlang einer Route sind für ein Regeln einer Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route ausgebildet.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ansicht eines derart bekannten Anzeigegeräts gezeigt. Das Anzeigegerät kann perspektivisch eine abzufahrende Route 101 auf einem Modell eines Arbeitsgeländes 102 zeigen. Die abzufahrende Route 101 kann auch als eine künstliche Route bezeichnet werden. Ferner können die Arbeitsmaschine 1 und optional ein Arbeitsgerät 103, welches an der Arbeitsmaschine 1 angebaut sein kann, symbolhaft gezeigt werden. Ein gemäß der abzufahrenden Route 101 von der Arbeitsmaschine 1 oder dem Arbeitsgerät 103 abgefahrenes Gelände 104 kann ebenfalls angezeigt werden.
Aus der WO 2010/083949 A1 ist ein Spurführungssystem bekannt, mit dem ein Fahrzeug entlang einer vorgegebenen Fahrspur bewegt wird. Zum Abfahren der Fahrspur und zum Durchführen von Arbeiten wird einem Fahrer des Fahrzeugs die vorgegebene Fahrspur und die Position des Fahrzeugs angezeigt. Es werden Lösungen bereitgestellt, bekannte Verfahren und Anzeigegeräte zum Führen einer Arbeitsmaschine zu verbessern.
Eine derartige Lösung für ein Verfahren zum Führen einer Arbeitsmaschine besteht in einem Erfassen von Bildinformation mit mindestens einem Sensor, einem Visualisieren der Bildinformation mit einem Anzeigegerät, wobei die Bildinformation eine Information zur Umgebung um die Arbeitsmaschine aufweist und wobei die Arbeitsmaschine mit der Bildinformation regelbar ist. Bildinformation können Bilddaten sein.
Das Erfassen von Bildinformation kann auch als Detektieren oder Aufnehmen von Bildinformation definiert werden.
Als Bildinformation kann grundsätzlich jede visualisierbare Information verstanden werden, welche in einem zweidimensionalen Bildkoordinatensystem als ein Bild darstellbar ist. Bildinformation kann grundsätzlich mittels Photogrammetrie, mittels Fernerkundung oder mittels Scanning erfasst werden. Bildinformation kann auch von einer externen Quelle stammen, beispielsweise von einem Satellitenbild oder von einem mit einer Drohne erfassten Bild.
Grundsätzlich kann ein beliebiger Sensor zum Erfassen von Bildinformation vorgesehen sein. Als Sensor kann eine Kamera vorgesehen sein. Die Kamera kann ein photographisches Bild der Umgebung als Bildinformation erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann als Sensor eine Temperaturkamera, welche ein Temperaturbild als Bildinformation erzeugt, oder eine 3D-Kamera, welche ein Tiefenbild als Bildinformation erzeugt, vorgesehen sein. Mit derartigen Kameras können flächenhafte Informationen zur Umgebung pixelartig und gleichzeitig erfasst werden.
Unter Visualisieren von Bildinformation kann auch Anzeigen, Darstellen oder Zeigen von Bildinformation verstanden werden. Für das Visualisieren kann mindestens eine Koordinatentransformation, insbesondere eine Transformation von einem globalen Koordinatensystem in ein lokales Bildkoordinatensystem oder von einem Kamerasystem in ein Bildsystem notwendig sein.
Das Visualisieren kann auch als Anzeigen, Darstellen oder Veranschaulichen definiert werden.
Ein Anzeigegerät kann beispielsweise ein Display, ein Monitor oder ein Bildschirm sein. Das Anzeigegerät kann tragbar, beispielsweise ein Tablet, oder fest mit der Ar- beitsmaschine verbunden sein. Das Anzeigegerät kann in der Arbeitsmaschine, insbesondere in einem Führungsstand der Arbeitsmaschine, installiert sein.
Information zur Umgebung um die Arbeitsmaschine kann Information zu sichtbarem Licht aufweisen. Es kann ein Bild der Umgebung um die Arbeitsmaschine im sichtbaren Spektrum visualisiert werden. Ein Bild kann ein Foto sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Infrarotbild oder ein Tiefenbild der Umgebung der Arbeitsmaschine er- fasst werden. Bei einem Infrarotbild kann Information zur Umgebung Infrarotstrahlung aufweisen. In einem Tiefenbild können Distanzen von der Arbeitsmaschine zu Objekten in der Umgebung pixelartig oder voxelartig dargestellt sein.
Die Umgebung um die Arbeitsmaschine kann auch als Szene oder Szenerie definiert werden. Ferner kann als Umgebung auch die Peripherie oder das Umfeld der Arbeitsmaschine gemeint sein.
Den bereitgestellten Lösungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein automatisiertes, insbesondere ein lediglich positionsgenaues, Führen einer Arbeitsmaschine entlang einer abzuarbeitenden Route nicht ausreichend sein kann um entsprechende Arbeitsaufgaben entlang der Route bestmöglich auszuführen.
Eine Grundidee kann darin gesehen werden, während dem Arbeiten mit einer Arbeitsmaschine entlang einer Arbeitsroute reale Umgebungsinformation einem Benutzer visuell in Echtzeit bereitzustellen, um tatsächliche Zustände der Umgebung in die auszuführenden Arbeiten miteinbeziehen zu können. Umgebungsinformation kann so als Echtzeitdarstellung der Umgebung um die Arbeitsmaschine zum Regeln derselben herangezogen werden, wobei das Regeln benutzergeführt oder autonom erfolgen kann.
Eine weitere Grundidee kann darin gesehen werden, dass die Bewegung einer bereits mittels Satellitennavigation führbaren oder regelbaren Arbeitsmaschine durch zusätzliches Hinzuziehen einer Echtzeitbilderfassung der Arbeitsumgebung an die tatsächliche Lage von zu bearbeitenden Objekten, als eine Zusatzfunktionalität zur Regelung des Bewegungsverhaltens der Arbeitsmaschine, angepasst werden kann. Es kann bewusst von einer vorgegebenen Sollroute abgewichen werden um das Ausführen der Arbeitsaufgabe objektspezifisch zu verbessern Beispielweise können so mit einer Landmaschine bei zu erledigenden Feldarbeiten entlang eines Fahrweges der Landmaschine Informationen zum Feld, zu Pflanzen oder zu Erntegut während den auszuführenden Arbeiten entlang einer Arbeitsroute in Echtzeit berücksichtigt werden. Ein Traktor, ein Mähdrescher oder eine Erntemaschine kann so auch unter Berücksichtigung tatsächlicher Gegebenheiten, zum Beispiel einer vorhandenen Pflanzen- oder Getreideschnittkante oder der Lage eines Schwads, geregelt und bewegt werden.
Die Arbeitsmaschine kann (teil-)automatisiert entlang der Arbeitsroute als vorgegebene Bewegungstrajektorie fahren. Grundlage für die Trajektorie können globale Koordinatendaten, beispielsweise GPS-Koordinaten, sein. Es kann auch eine zuvor durch einen Menschen gefahrene Route wiederholt abgefahren wird, wobei dies als eine„Playback-Funktion" zur Bewegung der Arbeitsmaschine bezeichnet werden kann.
Eine Ausführungsform besteht in Regeln der Bewegung der Arbeitsmaschine mit der Bildinformation und/oder mit einer Arbeitsposition der Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine kann auf Basis der Bildinformation in ihrer Querdynamik und/oder Längsdynamik geregelt werden. Die Arbeitsmaschine kann optional anhand ihrer Arbeitsposition in ihrer Längsdynamik und anhand der Bildinformation in ihrer Querdynamik geregelt werden.
Grundsätzlich kann als Sensor nur eine Kamera vorgesehen sein. Die Bildinformation kann einen mit der Kamera erfassten oder daraus ausgewählten Bereich der Umgebung visualisieren. Um einen möglichst großen Bereich der Umgebung zu erfassen kann die Kamera ein Weitwinkelobjektiv oder ein Fisheye-Objektiv aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass der Blickwinkel und somit die Größe der erfassten Umgebung gesteigert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass ein Bereitstellen einer Vielzahl von Kameras auf der Arbeitsmaschine und ein Erfassen der Bildinformation mit der Vielzahl von Kameras vorgesehen ist, wobei die von der Vielzahl von Kameras erfasste Bildinformation mindestens teilweise redundant ist. Die Kameras können auf der Arbeitsmaschine angeordnet sein. Eine Kamera kann ein in Bewegungsrichtung der Arbeitsmaschine nach vorne ausgerichtetes Sichtfeld haben. Eine andere Kamera kann ein in Bewegungsrichtung der Arbeitsmaschine nach hinten ausgerichtetes Sichtfeld haben. Eine andere Kamera kann ein in Bewegungsrichtung der Arbeitsmaschine seitlich nach links oder rechts ausgerichtetes Sichtfeld haben.
Ein Sichtfeld einer Kamera kann einen Bildwinkel aufweisen. Der Bildwinkel kann insbesondere mit einem Objektiv veränderbar sein. Das Sichtfeld oder der Bildwinkel der Kamera kann auch als Blickfeld bezeichnet werden.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Information zur Umgebung der Arbeitsmaschine ein Panoramabild ist. Von mindestens einer Kamera aufgenommene Bilder können sich überlappen, wobei sich die Sichtfelder der Kameras zumindest teilweise überlappen können. In entsprechenden Überlappungsbereichen kann redundante Bildinformation vorliegen. Mittels eines Stichings können Einzelbilder von einer oder mehreren Kameras zu dem Panoramabild kombiniert werden. Das Panoramabild kann auch als eine Rundumansicht bezeichnet werden. Bei einem Berechnen eines Panoramabildes können Helligkeitsunterschiede oder Kontrastunterscheide ausgeglichen werden. Bei dem Berechnen eines Panoramabildes können auch Verzerrungen reduziert werden. Es können auch Störgegenstände aus den Bildern entfernt werden. Beispielsweise kann ein Spiegel, ein Kamin oder ein Auspuff einer Arbeitsmaschine entfernt werden. Mit einem Panoramabild kann die Arbeitsmaschine unter Berücksichtigung eines vollständiges 360°-Blickfeldes geregelt werden.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass ein Erfassen und/oder Visualisie- ren der Bildinformation in Echtzeit vorgesehen ist. Echtzeit kann insbesondere als nahe Echtzeit definiert werden. Das Erfassen der Bildinformation in Echtzeit kann ein Echtzeitbild der Umgebung um die Arbeitsmaschine liefern. Ein Echtzeitbild kann kontinuierlich erfasst und visualisiert werden. Das Echtzeitbild kann von einem Anzeigegerät in Echtzeit angezeigt werden. Zum Regeln der Arbeitsmaschine kann somit in Echtzeit Bildinformation zur Verfügung stehen, um die Bewegung der Arbeitsmaschine fortlaufend an Umgebungsbedingungen anzupassen und somit die Bewegung in Echtzeit zu korrigieren.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Bildinformation in verschiedenen Perspektiven visualisierbar ist. Perspektiven können auch als Ansichten oder Echtzeitansichten bezeichnet werden. Die Bildinformation kann einen Bereich der Umgebung im Sichtfeld einer Kamera perspektivisch darstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bildinformation als Rundumsicht oder in Vogelperspektive („Bird Eye View") visualisiert sein. Es kann auch eine Trajektorienansicht um die Arbeitsmaschine visualisiert werden. Die Perspektiven können wahlweise separat oder nebeneinander visualisiert werden. Eine dargestellte Bildinformation kann auch in umschaltbaren, änderbaren oder sich wechselnden Perspektiven visualisiert werden. Unterschiedliche Perspektiven haben den Vorteil, dass ein Benutzer die Darstellung der Umgebung auf einem Anzeigegerät wählen kann und sich somit auf bestimmte Bereiche der Umgebung konzentrieren kann, um das Bewegungsverhalten der Arbeitsmaschine zu beeinflussen.
Das Regeln einer Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route kann bereits ausschließlich basierend auf der Bildinformation geschehen. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass ein Erfassen einer Arbeitsposition der Arbeitsmaschine, ein Visualisieren einer Arbeitsroute und ein Visualisieren der Arbeitsposition vorgesehen ist, wobei die Arbeitsmaschine mit einem Vergleichen der Arbeitsposition mit der Arbeitsroute regelbar ist. Ein Regeln der Arbeitsmaschine basierend auf einem Vergleichen der Arbeitsposition mit der Arbeitsroute kann optional oder dauerhaft unterstützend vorgesehen sein. Die Arbeitsmaschine kann temporär oder dauerhaft auch mit der erfassten Arbeitsposition selbst regelbar sein.
Das Regeln einer Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route kann zunächst in einem ersten Schritt in Abhängigkeit eines visuellen Vergleichens der Arbeitsposition mit der Arbeitsroute erfolgen. Die visuelle Abweichung einer aktuellen Arbeitsposition von einer vorgegebenen Arbeitsroute kann berücksichtigt werden, um die Arbeitsmaschine weiter auf oder wieder zu der Arbeitsroute zu bewegen.
Das Regeln der Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route kann dann in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit der visualisierten Bildinformation erfolgen. Es kann von der im ersten Schritt gefolgten Arbeitsroute gewollt abgewichen werden, um die Arbeitsaufgaben effizient und präzise durchzuführen. Eine für das Erledigen der Arbeitsaufgabe tatsächlich zu folgenden Spur kann so abweichend von der Arbeitsroute mit der Arbeitsmaschine oder einem daran angebauten Arbeitsgerät abgefahren werden, wobei die vorgegebene Arbeitsroute verlassen werden kann.
Der erste Regelungsschritt kann auch als Grobregelung bezeichnet werden, bei dem die Arbeitsmaschine entlang einer vorgegebenen Arbeitsroute bewegt wird, und der zweite Regelungsschritt kann auch als Feinregelung bezeichnet werden, bei dem die entlang der Arbeitsroute auszuführende Arbeitsaufgabe in Abhängigkeit der tatsächlichen Umgebungsbedingungen positionsgenau ausgeführt werden kann.
Das Erfassen der Arbeitsposition kann mittels Satellitennavigation oder Satellitenpositionierung ausgeführt werden. Ein hierfür nutzbares Satellitennavigationssystem kann insbesondere GPS, GLONASS und/oder GALILEO Satelliten nutzen. Ein Empfänger für entsprechende Satellitensignale kann auf der Landmaschine vorgesehen sein und die Arbeitspositionen der Arbeitsmaschine erfassen. Die Genauigkeit von Positionsdaten oder Arbeitspositionen kann durch Verwenden einer Referenzstation erhöht werden, beispielsweise kann differentielles GPS verwendet werden. Ein schnelles und hochfrequentes Verfügbarmachen von Positionsinformation kann somit in Echtzeit bereitgestellt werden.
Grundsätzlich kann eine Vielzahl von Anzeigegeräten zum Visualisieren von verschiedenen Informationen auf der Arbeitsmaschine vorgesehen sein. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass ein Visualisieren der Bildinformation, der Arbeitsroute, und/oder der Arbeitsposition mit einem einzigen Anzeigegerät vorgesehen ist. Auf einem Anzeigegerät oder Display kann die aktuelle Arbeitsposition der Arbeitsmaschine bezüglich einer vorgegebenen Arbeitsroute visualisiert werden und zusätzlich Bildinformation der Umgebung angezeigt werden. Die Bildinformation kann auf ein Geländemodell um die Arbeitsroute projiziert werden und auf dem Anzeigegerät visualisiert werden. Es kann auch die Position eines Arbeitswerkzeuges visualisiert werden. Es kann ein visuelles Nachregeln der Bewegung der Arbeitsmaschine auf Basis der Bildinformation erfolgen. Beispielswese kann so ein Mähbalken eines Traktors präzise auf einem Feld bewegt werden.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass das Regeln der Bewegung der Arbeitsmaschine entlang der Route ein Abweichen von der Arbeitsroute aufweist. Das Regeln der Bewegung der Arbeitsmaschine kann so gerade nicht als möglichst präzises Abfahren einer vorgegebenen Arbeitsroute verstanden werden, sondern vielmehr als ein an die tatsächlichen Umgebungsbedingungen angepasstes gezieltes Abweichen von einer vorgegebenen Arbeitsroute aufgefasst werden. Das Regeln kann insbesondere ein Querabweichen entlang der Arbeitsroute aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass auf sich ändernde Umgebungsbedingungen oder auf Hindernisse flexibel reagiert werden kann. Eine Lösung für eine Anzeigegerät zum Führen einer Arbeitsmaschine besteht darin, dass das Anzeigegerät derart ausgebildet ist, von einem Sensor erfasste Bildinformation zu visualisieren, wobei die Bildinformation eine Information zur Umgebung um die Arbeitsmaschine aufweist und wobei die auf dem Anzeigegerät anzeigbare Bildinformation zum Regeln der Arbeitsmaschine vorgesehen ist. Eine weitere Lösung besteht in einer Arbeitsmaschine, welche ein derartiges Anzeigegerät aufweist.
Das Anzeigegerät kann auch derart ausgebildet sein, eine Arbeitsroute und eine von einem Sensor erfasste Arbeitsposition der Arbeitsmaschine zu visualisieren. Das Anzeigegerät kann kombinierte Daten visualisieren, welche Bildinformation, die Arbeitsposition und/oder die Arbeitsroute aufweisen. Derart kombinierte Daten können auch als fusionierte Daten bezeichnet werden. Mit dem Anzeigegerät werden so zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Darstellung neben der absoluten oder relativen Position der Arbeitsmaschine auch Information zur Umgebung als Echtzeitszenerie angezeigt. Eine Echtzeitansicht der Umgebung kann auf dem Anzeigegerät als Vollbild mit kombinierten Daten oder als Trajektorienansicht wie in Fig. 1 gezeigt dargestellt sein.
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren 2 bis 4 weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Anzeige einer Route und einer Position einer Arbeitsmaschine zum Führen derselben aus dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm Verfahrensschritte für ein Verfahren zum Führen einer Arbeitsmaschine.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Arbeitsmaschine mit vier Kameras zum
Visualisieren der Umgebung um die Arbeitsmaschine.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung von Komponenten zum Visualisieren von Bildinformation und einer Arbeitsposition einer Arbeitsmaschine.
In Fig. 2 sind Verfahrensschritte für ein Führen einer Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Ein Regeln S3 der Arbeitsmaschine 1 erfolgt auf Basis eines Visualisierens S22 von Bildinformation 11. Die Bildinformation 11 wird in einem vorangehenden Schritt eines Erfassens S12 der Bildinformation 11 erzeugt und dem Regeln S3 zugrunde gelegt. Das Regeln S3 der Arbeitsmaschine 1 erfolgt optional auf Basis eines Visualisierens S23 der Arbeitsposition 12. Die Arbeitsposition 12 wird in einem vorangehenden Schritt eines Erfassens S11 der Arbeitsposition 12 erzeugt und dem Regeln S3 so zugrunde gelegt.
Das Regeln S3 der Arbeitsmaschine 1 erfolgt optional auf Basis eines Visualisierens S21 der Arbeitsroute 14. Die Arbeitsroute 14 wird in einem vorangehenden Schritt eines Erfassens (nicht gezeigt) der Arbeitsroute 14 erzeugt.
Fig. 3 zeigt einen Traktor als Landmaschine oder Arbeitsmaschine 1 in Draufsicht mit vier Kameras 2, 3, 4, 5, einem elektronisches Steuergerät 6 und einem Satellitennavigationssystem 7.
Die Kameras 2, 3, 4, 5 sind mit Verbindungen 10 mit dem Steuergerät 6 verbunden, beispielsweise CAN-Verbindungen, Ethernet-Verbindungen, LVDS-Verbindungen. Die Verbindungen 10 übertragen von den Kameras 2, 3, 4, 5 erfasste Rohdaten an das Steuergerät 6. Das Steuergerät 6 kommuniziert über die Verbindungen 10 oder elektrische Anbindungen mit den Kameras 2, 3, 4, 5, wobei die Bildaufnahme angesteuert und Parameter der Bildaufnahme eingestellt werden.
Die Kameras 2, 3, 4 und 5 auf der Arbeitsmaschine 1 haben vier Sichtfelder 20, 30, 40 und 50.
Ein erstes Sichtfeld 20 der ersten Kamera 2 ist in Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 1 nach hinten ausgerichtet. Die erste Kamera 2 nimmt in Abhängigkeit des ersten Sichtfelds 20 ein erstes Bild auf. Ein zweites Sichtfeld 30 der zweiten Kamera 3 ist in Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 1 seitlich nach links ausgerichtet. Die zweite Kamera 3 nimmt in Abhängigkeit des zweiten Sichtfelds 30 ein zweites Bild auf. Ein drittes Sichtfeld 40 der dritten Kamera 4 ist in Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 1 nach vorne ausgerichtet. Die dritte Kamera 4 nimmt in Abhängigkeit des dritten Sichtfelds 40 ein drittes Bild auf. Ein viertes Sichtfeld 50 der vierten Kamera 5 ist in Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 1 seitlich nach rechts ausgerichtet. Die vierte Kamera 5 nimmt in Abhängigkeit des vierten Sichtfelds 50 ein viertes Bild auf.
Die Kameras 2, 3, 4 und 5 sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass die Sichtfelder 20, 30, 40, 50 paarweise Überlappungsbereiche 60, 70, 80 und 90 erzeugen. Bereiche der Umgebung in den Überlappungsbereichen 60, 70, 80 und 90 sind so in jeweils zwei Bildern von zwei Kameras aufgenommen.
Ein Überlappungsbereich 70 resultiert aus einem Überlappen des dritten Sichtfelds 40 und des vierten Sichtfelds 50, welche die Bilderfassung mit der dritten Kamera 4 und der vierten Kamera 5 definieren. Ein Überlappungsbereich 60 resultiert aus einem Überlappen des vierten Sichtfelds 50 und des ersten Sichtfelds 20, welche die Bilderfassung mit der vierten Kamera 5 und der ersten Kamera 2 definieren. Ein Überlappungsbereich 90 resultiert aus einem Überlappen des ersten Sichtfelds 20 und des zweiten Sichtfelds 30, welche die Bilderfassung mit der ersten Kamera 2 und der zweiten Kamera 3 definieren. Ein Überlappungsbereich 80 resultiert aus einem Überlappen des zweiten Sichtfelds 30 und des dritten Sichtfelds 40, welche die Bilderfassung mit der zweiten Kamera 3 und der dritten Kamera 4 definieren. Auf Basis der in den Sichtfeldern 20, 30,40, 50 aufgenommenen Einzelbildern wird eine Rundumansicht errechnet.
In Fig. 4 sind die Komponenten zum Visualisieren von Bildinformation und einer Arbeitsposition der Arbeitsmaschine mit einem Anzeigegerät 8 dargestellt.
Mit dem Anzeigegerät 8 werden Bildinformation 11 , eine Arbeitsposition 12 und/oder eine Arbeitsroute 14 der Arbeitsmaschine 1 visuell dargestellt.
Bildinformation 11 wird von dem Steuergerät 6, welches mit den Kameras 2, 3, 4 und 5 verbunden ist, an das Anzeigegerät 8 übertragen. Das Steuergerät 6 hat optional N Eingänge für N Kameras.
Die Arbeitsmaschine 1 hat ein Satellitennavigationssystem 7. Das Satellitennavigationssystem 7 weist eine Antenne (nicht gezeigt) auf, welche Satellitensignale empfängt, beispielsweise ist ein GPS-Empfänger auf der Arbeitsmaschine 1 angeordnet. Das Satellitennavigationssystem 7 verwendet zur Erzeugung von Positionsdaten zusätzlich ein erdgebundenes Positionierungssystem 9, beispielsweise ein RTK- Positionierungssystem (Real Time Kinematic).
Die Arbeitsposition 12 wird mit einem Satellitennavigationssystem 7 und einem damit in Beziehung stehenden optionalen Positionierungssystem 9 erzeugt. Die Arbeitsposition 12 wird über eine Leitung, zum Beispiel CAN oder Ethernet, an das Anzeigegerät 8 übertragen. Kombinierte Daten 13 werden auf einem Speichermedium 15, beispielsweise auf einem USB-Stick oder einer SD-Card abgespeichert werden, um später durch den Anwender oder Benutzer der Arbeitsmaschine 1 offline ausgewertet zu werden.
Bezuqszeichen
Arbeitsmaschine
erste Kamera
zweite Kamera
dritte Kamera
vierte Kamera
Steuergerät
Satellitennavigationssystem
Anzeigegerät
Positionierungssystem
Verbindungen
Bildinformation
Arbeitsposition
Kombinierte Daten
Arbeitsroute
Speichermedium
Sichtfeld erste Kamera
Sichtfeld zweite Kamera
Sichtfeld dritte Kamera
Sichtfeld vierte Kamera
erster Überlappungsbereich
zweiter Überlappungsbereich
dritter Überlappungsbereich
vierter Überlappungsbereich
Route
Arbeitsgelände
Arbeitsgerät
überfahrenes Gelände
Erfassen Arbeitsposition
Erfassen Bildinformation
Visualisieren Arbeitsroute Visualisieren Bildinformation Visualisieren Arbeitsposition Regeln Arbeitsmaschine

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Führen einer Arbeitsmaschine (1 ) entlang einer Route, welches Regeln (S3) einer Bewegung der Arbeitsmaschine (1 ) entlang der Route aufweist, gekennzeichnet durch Erfassen (S12) von Bildinformation (11 ) mit mindestens einem Sensor, Visualisieren (S22) der Bildinformation (11 ) mit einem Anzeigegerät (8), wobei die Bildinformation (11 ) eine Information zur Umgebung um die Arbeitsmaschine (1 ) aufweist und wobei die Arbeitsmaschine (1 ) mit der Bildinformation (11) regelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Regeln (S3) der Bewegung der Arbeitsmaschine (1 ) mit der Bildinformation (11 ) und/oder mit einer Arbeitsposition (12) der Arbeitsmaschine (1 ).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bereitstellen einer Vielzahl von Kameras (2, 3, 4, 5) auf der Arbeitsmaschine (1 ) und Erfassen (S12) der Bildinformation (11 ) mit der Vielzahl von Kameras (2, 3, 4, 5), wobei die von der Vielzahl von Kameras (2, 3, 4, 5) erfasste Bildinformation (11 ) mindestens teilweise redundant ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Information zur Umgebung der Arbeitsmaschine (1 ) ein Panoramabild ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Erfassen (S12) und Visualisieren (S22) der Bildinformation (11 ) in Echtzeit.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildinformation (11 ) in verschiedenen Perspektiven visualisierbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Erfassen (S11 ) einer Arbeitsposition (12) der Arbeitsmaschine (1), Visualisieren (S23) der Arbeitsposition (12) und Visualisieren (S21) einer Arbeitsroute (14), wobei die Arbeits- maschine (1 ) mit Vergleichen der Arbeitsposition (12) mit der Arbeitsroute (14) regelbar ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Visualisieren (S22, S21 , S23) der Bildinformation (11 ), der Arbeitsroute (14), und/oder der Arbeitsposition (12) der Arbeitsmaschine (1) mit einem einzigen Anzeigegerät (8).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeln (S3) der Bewegung der Arbeitsmaschine (1 ) entlang der Route ein Abweichen von der Arbeitsroute (14) aufweist.
10. Anzeigegerät (8) zum Führen einer Arbeitsmaschine (1 ) entlang einer Route, welches für ein Regeln einer Bewegung der Arbeitsmaschine (1 ) entlang der Route ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigegerät (8) derart ausgebildet ist, von einem Sensor erfasste Bildinformation (11 ) zu visualisieren,
wobei die Bildinformation (11 ) eine Information zur Umgebung um die Arbeitsmaschine (1 ) aufweist und wobei die auf dem Anzeigegerät (8) anzeigbare Bildinformation (11 ) zum Regeln der Arbeitsmaschine (1) vorgesehen ist.
11. Arbeitsmaschine (1 ), welche ein Anzeigegerät (8) nach Anspruch 10 aufweist.
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