DE102022129533A1

DE102022129533A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Rasenpflege mit Spurerkennung

Info

Publication number: DE102022129533A1
Application number: DE102022129533.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Junginger; Volker Zippel; Ralph Wiedenmann; Andreas Junginger; Martin Winkler; Sebastian Holzberger; Karin Wörz; Uwe Wiedenmann
Original assignee: Wiedenmann GmbH
Current assignee: Wiedenmann GmbH
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US20230165188A1

Abstract

Zur Vereinfachung der Bedienung bei gleichzeitige kostengünstigem Aufbau schafft die Erfindung eine selbstfahrende Rasenpflegevorrichtung (11) zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens (18) unterhalb einer Grasnarbe, umfassend:ein Fahrgestell (16) undein Arbeitsgerät (12) mit Stechwerkzeugen (40), die zum Einstechen in den Boden (18) zwecks Tiefenlockerung auf und ab bewegbar sind, gekennzeichnet durch eine optische Spurerkennungseinrichtung (132), welche wenigstens eine Kamera (136) und eine Bildverarbeitungseinheit (138) Mustererkennung in durch die wenigstens eine Kamera (136) aufgenommenen Bildern aufweist,a) wobei in einer ersten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung (11) die Spurerkennungseinrichtung (132) dazu ausgebildet ist, ein Lochmuster (144) eines zuvor durch die Rasenpflegevorrichtung (11) bearbeiteten Bodenbereichs und anhand dessen eine Grenze (156) einer zuvor bearbeiteten Spur (140, 142) zu erkennen, und/oderb) wobei in einer zweiten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung (11) die Spurerkennungseinrichtung (132) dazu ausgebildet ist, eine definierte Grenze (156) abgelegten Bodenmaterials (146) eines zuvor durch die Rasenpflegevorrichtung (11) bearbeiteten Bodenbereichs und anhand dessen die Grenze (156) einer zuvor bearbeiteten Spur (140, 142) zu erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstfahrende Rasenpflegevorrichtung zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens unterhalb einer Grasnarbe, umfassend: ein Fahrgestell mit wenigstens einer Antriebsachse und einer Lenkeinrichtung und ein Arbeitsgerät mit einer sich über eine Spurbreite erstreckende Reihe von Stechwerkzeugen mit Zinken, die zum Einstechen in den Boden zwecks Tiefenlockerung auf und ab bewegbar sind. Weiter betrifft die Erfindung ein Rasenpflegeverfahren zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens unterhalb der Grasnarbe unter Fahren einer Rasenpflegevorrichtung über eine Spur auf dem Boden und Einstechen, Verschwenken und Herausziehen von Stechwerkzeugen.
Zum technologischen Hintergrund wird auf folgende Literaturstellen verwiesen:

[1] DE 10 2018 114 882 A1
[2] US 7 096 969 B2
[3] DE 10 2014 104 876 A1
[4] DE 10 2008 017 242 A1
[5] DE 10 2005 055 289 B3
[6] DE 10 2005 021 025 A1
[7] DE 10 2004 018 591 A1
[8] Computer Vision - Wikipedia, heruntergeladen am 29.11.2021 unter https:/Ide.wikipedia.org/wiki/Computer_Vision am 29.11.2021
[9] Bildverarbeitungssysteme | STEMMER IMAGING, heruntergeladen am 29.11.2021 unter https://www.stemmer-imaging.com/dech/produkte/kategorie/systeme
[10] DE 10 2015 116574A1
[11] DE 10 2017 122 710 A1
[12] EP 3 494 770 B1
[13] US 2015/0321694 A1
[14] EP 3 300 579 B1
[15] EP 3 165 062 A1
[16] EP 2 954 772 A1
[17] EP 2 220 926 A1
[18] EP 1 762 129 A1
[19] DE 24 55 836 B2
[20] AU 2015 347 785 B2
[21] US 10 813 267 B2
[22] EP 3 685 649 A1
[23] EP 2 316 259 B1
[24] EP 1 266 554 A2
[25] DE 10 2017 217 391 A1
[26] DE 197 43 884 A1
[27] DE 10 2019 203 651 A1
[28] DE 10 2017 130 694 A1

Rasenpflegevorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder deren Arbeitsgeräte sind aus den Literaturstellen [1] bis [7] bekannt. Die Arbeitsgeräte werden heutzutage meist an Traktoren oder dergleichen Zugfahrzeugen an einem Dreieckslenker angelenkt. Als kleinere Geräte gibt auch spezialisierte Geräte mit einem Sitz, ähnlich wie einem Aufsitzmäher und Geräte mit einem Lenker für eine mitlaufende Person. Durch die Betriebsweise dieser Rasenpflegevorrichtungen sind auch entsprechende Rasenpflegeverfahren zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung von Böden bekannt.
Die Literaturstellen [8] und [9] betreffen Systeme zur Bildaufnahme und Mustererkennung, die in der industriellen Produktion oder im Bereich von Fahrassistenzsystem für Kraftwagen einsetzbar sind.
Die Literaturstellen [10] bis [24] betreffen selbstfahrende Erntemaschinen und Fahrassistenzsysteme dafür, wobei ein Lenken anhand der Erfassung des Bestands des Ernteguts direkt vor der Maschine assistiert oder durchgeführt wird oder durch andere Mittel wie GPS oder Laser eine Positionierung auf dem Feld erfolgt. Alle diese Systeme sind für Rasenpflegegeräte entweder unbrauchbar oder zu ungenau oder zu aufwändig und entsprechend teuer.
Die Literaturstelle [25] betrifft ein als Traktor mit Pflug ausgebildetes landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug mit einem Spurführungssystem, umfassend zumindest eine an dem Arbeitsfahrzeug angeordnete optische Bilderfassungsvorrichtung sowie ein Bildverarbeitungssystem, wobei durch die zumindest eine Bilderfassungsvorrichtung entlang einer von dem Arbeitsfahrzeug abgefahrenen Fahrspur befindliche Referenzobjekte in Form von Pflanzenreihen oder Arbeitskanten erfassbar und mittels des Bildverarbeitungssystems differenzierbar sind und wobei anhand einer Auswertung der Pflanzenreihen oder Arbeitskanten durch eine Steuerungseinrichtung eine Fahrspur vorbestimmbar ist. Auch bei der Literaturstelle [26] ist ein Traktor mit Pflug vorgesehen, wobei Arbeitskanten des Pflugs zur Spurerkennung herangezogen werden, Auch bei der Literaturstelle [27] sowie der Literaturstelle [28] werden Pflanzenreihen oder vorhandene Bodenstrukturen als Referenzobjekte für das Lenken eines Traktors herangezogen. Die aus [25] bis [28] bekannten Systeme funktionieren demnach nur bei vorherigem Vorhandensein entsprechender Referenzobjekte, was bei einer Bodenlüftung und Tiefenlockerung nicht der Fall ist. Insbesondere sind bei den üblichen unterschiedlichen Modi eines Bodenlüfters oder Tiefen lockerer für Rasenflächen keine derartigen Referenzobjekte vorhanden, und bei Aufgraben des Bodens wie bei einem Pflug oder dergleichen zum Erzeugen einer optisch erkennbaren Arbeitskante würde die Rasenfläche zerstört, was konträr zum Zweck einer Rasenpflegevorrichtung wäre.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine selbstfahrende Rasenpflegevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bei möglichst kostengünstigem Aufbau hinsichtlich der Bedienbarkeit zu verbessern. Außerdem soll ein besonders einfach und kostengünstig durch eine Bedienperson durchführbares Rasenpflegeverfahren zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung von Böden bereitgestellt werden.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Rasenpflegevorrichtung sowie ein Rasenpflegeverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft gemäß einem Aspekt davon eine selbstfahrende Rasenpflegevorrichtung zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens unterhalb einer Grasnarbe, umfassend:

ein Fahrgestell mit wenigstens einer Antriebsachse und einer Lenkeinrichtung; und
ein Arbeitsgerät mit einer sich über eine Spurbreite erstreckende Reihe von Stechwerkzeugen mit Zinken, die zum Einstechen in den Boden zwecks Tiefenlockerung auf und ab bewegbar sind, gekennzeichnet durch eine optische Spurerkennungseinrichtung, welche wenigstens eine Kamera zum Aufnehmen eines Bildes eines bezüglich der Fahrtrichtung seitlich des Arbeitsgeräts befindlichen Bereichs des Bodens und eine Bildverarbeitungseinheit zur Bildverarbeitung von und Mustererkennung in durch die wenigstens eine Kamera aufgenommenen Bildern aufweist,
1. a) wobei in einer ersten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung das Arbeitsgerät dazu ausgebildet ist, beim Fahren über den Boden während des Einsatzes des Arbeitsgeräts ein Lochmuster mit vordefinierter Spurbreite zu erzeugen und die Spurerkennungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das Lochmuster eines zuvor durch die Rasenpflegevorrichtung bearbeiteten Bodenbereichs und anhand dessen eine Grenze einer zuvor bearbeiteten Spur zu erkennen, und/oder
2. b) wobei in einer zweiten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung das Arbeitsgerät dazu ausgebildet ist, Bodenmaterial aus dem Boden zu entfernen und

Es ist bevorzugt, dass in einer dritten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung das Arbeitsgerät dazu ausgebildet ist, mittels eines am Boden angreifenden Stütz- oder Eingreifelements ein Bodenmuster mit einer definierten Grenze der Spurbreite zu erzeugen, wobei die Spurerkennungseinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand der definierten Grenze des Bodenmusters eine zuvor bearbeitete Spur zu erkennen.
Vorzugsweise ist die Kamera derart angeordnet und ausgebildet, dass es ein Bild des bezüglich der Fahrtrichtung seitlichen Bereichs aufnimmt, der in Fahrtrichtung vor dem Arbeitsgerät befindlich ist. Beispielsweise wird ein Bild eines Bereichs aufgenommen, der seitlich des Fahrgestells liegt, wobei das Arbeitsgerät am hinteren Bereich angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, dass eine Steuerung zum Steuern der Antriebsachse und der Lenkeinrichtung vorgesehen ist, die in einem Automatikmodus dazu ausgebildet ist, anhand der Ausgabe der Spurerkennungseinrichtung die Rasenpflegevorrichtung derart zu lenken, dass sich die aktuelle Spur des Arbeitsgeräts unmittelbar anschließend an die zuvor bearbeitete Spur erstreckt.
Es ist bevorzugt, dass die Rasenpflegevorrichtung fernbedienbar ist und eine Benutzerschnittstelle an einer Fernbedienung der Rasenpflegevorrichtung ausgebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass die Benutzerschnittstelle mit einer Anzeige versehen ist, auf der eine Information über eine anhand Daten von der Spurerkennungseinrichtung ermittelte Sollspur und eine Information über eine aktuelle Istspur angezeigt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Kamera der Spurerkennungseinrichtung seitlich an der Rasenpflegevorrichtung angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, dass die Spurerkennungseinrichtung wenigstens eine Kamera an jeder der beiden Seiten aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Antriebsachse zwei unterschiedlich ansteuerbare und antreibbare Antriebsräder aufweist und dass das Fahrgestell weiter wenigstens ein frei drehbares Schwenkrad aufweist, das in Fahrtrichtung beabstandet zu der Antriebsachse angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, dass in der ersten Betriebsweise Vollzinken an den Steckwerkzeugen vorgesehen sind und/oder dass in der zweiten Betriebsweise Hohlzinken an den Stechwerkzeugen vorgesehen sind.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens ein mechanisches Führungs- und/oder Markierungselement zum Erzeugen der optisch erkennbaren definierten Grenze der zuvor bearbeiteten Spur vorgesehen ist.
Es ist bevorzugt, dass das wenigstens eine mechanische Führungs- und/oder Markierungselement ein Schwadblech oder eine Schwadplatte oder eine Spurscheibe zum Angreifen an dem Boden aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Rasenpflegeverfahren zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens unterhalb einer Grasnarbe, umfassend:

Fahren einer Rasenpflegevorrichtung entlang einer ersten Spur über den Boden und Bearbeiten des Bodens durch wechselweises Einstechen und Herausziehen einer Reihe von Stechwerkzeugen mit Zinken der Rasenpflegevorrichtung unter Schwenken der eingestochenen Stechwerkzeuge im Boden und dabei Erzeugen eines optisch erkennbaren Musters zur Bestimmung einer Grenze der ersten Spur,
Fahren der Rasenpflegevorrichtung entlang einer zweiten Spur anschließend an die und parallel zu der ersten Spur zum entsprechenden Bearbeiten des Bodens entlang der zweiten Spur, wobei die erste Spur durch optische Erfassung des erkennbaren Muster erfasst wird, um die Grenze der ersten Spur zu erkennen und die Rasenpflegevorrichtung abhängig von der erfassten Grenze zu lenken.

Vorzugsweise umfasst das Rasenpflegeverfahren Fernbedienen der Rasenpflegevorrichtung durch eine mit Abstand zu der Rasenpflegevorrichtung befindliche Bedienperson.
Vorzugsweise umfasst die Musterkennung:

Erfassen eines durch die Stechwerkzeuge erzeugten Lochbilds am Boden.

Vorzugsweise umfasst die Musterkennung:

Erzeugen einer definierten optisch erfassbaren Grenze der ersten Spur durch wenigstens ein mechanisches Führungs- oder Markierungselement und optisches Erfassen der Grenze der ersten Spur.

Vorzugsweise umfasst der Schritt des Erzeugens der definierten Grenze: Ablegen von bei dem Einstechen und Herausziehen der Stechwerkzeuge aus dem Boden entnommenen Bodenmaterial und Anordnen des abgelegten Bodenmaterials auf der ersten Spur bis zu der definierten Grenze.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine fernbedienbare Rasenpflegevorrichtung vor. Dadurch muss sich die Bedienperson nicht mehr an einem Lenker oder auf einem Sitz an einer bestimmten Stelle der Rasenpflegevorrichtung aufhalten und kann sich so positionieren, dass sie den besten Überblick über das Arbeitsgerät hat. Allerdings ist ein fernbedientes Lenken einer Rasenpflegevorrichtung im Anschluss an eine zuvor bearbeitete Spur schwierig. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung unterstützen eine Bedienperson bei dieser Aufgabe.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung schaffen eine Rasenpflegevorrichtung mit einem optischen Spuranschlusssystem.
Manuelles spurgenaues Anschlussfahren ist, insbesondere mit einer Funkfernsteuerung, sehr anspruchsvoll für den Benutzer.
Eine GNSS - basierte automatische Positionsbestimmung auf Golfplätzen und Stadien ist aufgrund der Beschattung nur teilweise einsetzbar und daher zu ungenau. Auch die weiteren aus der Literaturstelle [10] - [24] bekannten Positionsbestimmungs- und Fahrassistenzsysteme sind für Bodenlüfter entweder ungeeignet oder zu teuer und insbesondere zu aufwändig in der Bedienung.
Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist dagegen vorgesehen, dass das durch den Arbeitsvorgang entstehende Bodenbild einer Referenzspur durch eine Kamera erfasst und über eine Bilderkennungssoftware ausgewertet wird.
Vorzugsweise werden dabei das durch die Bearbeitung entstandene Geometriemuster mittels einer Bilderkennungssoftware erkannt und eine ideale Anschlussspur, vorzugsweise über einen einstellbaren Offsetwert, ermittelt.
Vorzugsweise wird die Lenkung des Fahrzeuges durch einen Aktor derart geregelt, dass ein bestimmter Referenzpunkt der Maschine sich auf der Anschlussspur befindet.
Vorzugsweise werden anhand des Abgleiches der Kameraposition mit der Spurposition Lenkbefehle an den Fahrantrieb ausgelöst.
Vorzugsweise werden durch zusätzliche Anbauteile der Maschine wie z.B. Schwadbleche, Walzen, Spurscheiben, bestimmte Merkmale für die Bilderkennung auf der Referenzspur erzeugt.
Bei einer Betriebsweise handelt es sich bei dem zu erkennenden Geometriemuster um das durch die Bearbeitung entstandene Lochbild. Insbesondere wird dabei der eingestellte Lochabstand für die Mustererkennung berücksichtigt.
Vorzugsweise ist das optische Bilderkennungssystem auf verschiedene optische Merkmale programmiert. Je nach Einsatzfall - Betriebsweise - kann der Benutzer die Anschlusserkennung umstellen.
Vorzugsweise zeigt ein Live-Kamerabild dem Benutzer die somit erkannte Anschlusslinie und die aktuell vorhandene Fahrspur an.
Vorzugsweise wird die Bildqualität der Kamerabilder bei Umgebungsbedingungen mit geringer Lichtstärke durch den Einsatz zusätzlicher Lichtquellen, welche an der Rasenpflegemaschine angeordnet sind, verstärkt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung haben den Vorteil, dass eine gleichmäßigere Bearbeitung bei wesentlich vereinfachter Bedienung ermöglicht wird.
Beim Betrieb mit Vollspoon und hoher Aufwuchshöhe kann als Bildmerkmal beispielsweise eine gewalzte Graskante erkannt werden.
Beim Betrieb mit Hohlspoons (hohlen Zinken) kann als Bildmerkmal eine durch ein Schwadblech oder ein ähnliches Führungselement erzeugte Grenze eines Ablagebereichs von abgelegten Erdkegeln herangezogen werden.
Vorzugsweise wird somit das durch den Arbeitsvorgang entstehende Bodenbild einer Referenzspur durch mechan. Elemente (Schwadbleche, Spurscheiben) derart aufbereitet, dass ein Spurbild entsteht, welches durch ein Kamerasystem ausgewertet werden kann. Anhand des Abgleiches der Kameraposition mit der Spurposition werden Lenkbefehle an den Fahrantrieb ausgelöst.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 Eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Rasenpflegevorrichtung in einem Arbeitsmodus gemäß einer ersten Betriebsweise;
2 eine Draufsicht vergleichbar der 1, wobei die Rasenpflegevorrichtung in einer zweiten Betriebsweise betrieben wird;
3 eine perspektivische Ansicht der Rasenpflegevorrichtung im Betrieb gemäß der zweiten Betriebsweise zusammen mit einer Fernbedienung der Rasenpflegevorrichtung;
4 eine größere Ansicht eines Ausführungsbeispiels für die Fernbedienung.

In den 1 - 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Rasenpflegevorrichtung 11 in unterschiedlichen Betriebsweisen gezeigt. Die Rasenpflegevorrichtung 11 weist ein Arbeitsgerät 12 auf, das mittels einer Arbeitsgerätanlenkung 14 an einem Fahrgestell 16 relativ zu dem Fahrgestell 16 vertikal bewegbar angelenkt ist. Mittels eines in den Figuren nicht näher dargestellten Hubaktors lässt sich die Arbeitsgerätanlenkung 14 und damit das Arbeitsgerät 12 relativ zu dem Fahrgestell 16 in einem Transportmodus anheben und in einem in den Figuren dargestellten Arbeitsmodus zum Kontakt auf dem Boden 18 absenken.
Das Fahrgestell 16 weist eine Antriebsachse 20 und wenigstens ein mit Abstand zu der Antriebsachse 20 angeordnetes Schwenkrad 22 auf. Weiter ist die Rasenpflegevorrichtung 10 mit einer Lenkeinrichtung 120 versehen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Antriebsachse 20 ein erstes Antriebsrad 24-1 an einer Seite der Rasenpflegevorrichtung 11 und ein zweites Antriebsrad 24-2 an der anderen Seite der Rasenpflegevorrichtung 11 auf. Jedes der Antriebsräder 24-1, 24-2 ist durch einen eigenen Fahrmotor 26-1, 26-2 unterschiedlich antreibbar. Die Lenkeinrichtung 120 weist eine Lenksteuereinheit als Teil einer Steuerung 102 der Rasenpflegevorrichtung 11 auf, mittels der die Fahrmotoren 26-1, 26-2 ansteuerbar sind, sodass durch unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeiten der Antriebsräder 24-1, 24-2 Kurvenfahrten ermöglicht sind und auch durch unterschiedliche Antriebsrichtungen ein Drehen der Rasenpflegevorrichtung 11 ermöglicht wird. Das Schwenkrad 22 ist entsprechend um eine sich mit wenigstens einer Richtungskomponente vertikal erstreckende Schwenkachse 28 schwenkbar, um den vorderen Bereich der Rasenpflegevorrichtung 11 abzustützen und dabei die Lenkbewegungen mitzumachen.
Das Arbeitsgerät 12 wird, da hierzu die meiste Energie benötigt wird, unmittelbar durch eine Antriebseinheit 30 angetrieben, die ebenfalls die Energie für die Fahrmotoren 26-1, 26-2 liefert. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Antriebseinheit 30 einen Verbrennungsmotor 64 auf. Bei einer möglichen Ausgestaltung sind die Fahrmotoren 26-1, 26-2 hydraulisch betrieben, wobei der Verbrennungsmotor 64 auch eine Hydraulikpumpe zum Liefern des Hydraulikdrucks antreibt. Bei der bevorzugten Ausgestaltung sind die Fahrmotoren 26-1, 26-2 als Elektromotoren ausgebildet, wobei der Verbrennungsmotor 64 über einen Generator die elektrische Energie liefert. Selbstverständlich sind auch andere Antriebseinheiten 30 möglich, wie bspw. eine Akku-Elektromotor-Kombination oder dergleichen.
Das Arbeitsgerät 12 ist als Tiefenlüfter 38 ausgebildet, wie dies bspw. aus den Literaturstellen [1] - [7] bekannt ist. Es wird für nähere Einzelheiten zum möglichen Aufbau der Tiefenlüfter auf [1] - [7] verwiesen.
Demnach weist das Arbeitsgerät 12 eine Reihe von Stechwerkzeugen 40 mit Zinken 42 auf, die an Tragarmen 44 auf und ab bewegbar sind. In der auf dem Boden abgestützten Stellung werden dabei die Zinken 42 der Stechwerkzeuge beim Abwärtsbewegen des jeweiligen Tragarms 44 in den Boden eingestochen, dort etwas verschwenkt, um den Boden unterhalb der Grasnarbe zu lockern und dann beim Aufwärtsbewegen des Tragarmes 44 wieder aus dem Boden herausgezogen.
Bei nicht näher dargestellten Ausführungsformen kann die Rasenpflegevorrichtung 11 wie in der Literaturstelle [1] beschrieben und gezeigt mit einem Sitz für eine Bedienperson und einer, bspw. an dem Fahrgestell 16 zusammen mit einem Führerstand angeordneten Bedienerschnittstelle ausgebildet sein, oder sie kann, wie in [2] beschrieben und gezeigt mit einer Handhabe, wie bspw. einem Lenker, einer Lenkstange, einem Lenkgriff oder dergleichen mit Bedienerschnittstelle für eine mitlaufende Bedienperson ausgebildet sein.
Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Rasenpflegevorrichtung 11 ist diese zur Fernbedienung durch eine Bedienperson ausgebildet, die auch mit gewissen Abstand zu der Rasenpflegevorrichtung 11 stehen oder gehen kann. Hierzu weist die Rasenpflegevorrichtung 11 eine mit der Steuerung 102 über eine bidirektionale Funkverbindung in Verbindung stehende Fernbedienung 122 auf, an der eine Bedienerschnittstelle 124 mit einer Anzeige 126 und Betätigungselementen 128 versehen ist.
Beispielsweise können mit den Betätigungselementen 128 eine Vorwärts- und Rückwärtsfahrt sowie die Lenkeinrichtung 120 gesteuert werden. Außerdem sind Betätigungselemente 128 zum Bedienen von weiteren Aktoren der Rasenpflegevorrichtung 11 sowie zum Einstellen unterschiedlicher Modi und Betriebsweisen der Rasenpflegevorrichtung 11 vorgesehen. Die Anzeige 126 ist bspw. als Display ausgebildet, über das unterschiedliche Informationen über den Zustand und Betrieb der Rasenpflegevorrichtung 11 angezeigt werden können.
Um einen möglichst gleichmäßigen Bewuchs von Rasen, bspw. auf Golfplätzen oder in Fußballstadien oder in Parks zu erreichen, sollte die Rasenpflege möglichst gleichmäßig erfolgen. Beim Fahren über eine Spur wird der Boden 18 mit einer Arbeitsbreite des Arbeitsgeräts 12 bearbeitet, über welche die Zinken 42 der Stechwerkzeuge 40 verteilt sind. Diese Arbeitsbreite des Arbeitsgeräts 12 wird hier als Breite einer Spur oder als Spurbreite 130 bezeichnet. Wenn eine größere Fläche zu bearbeiten ist, ist es vorteilhaft, wenn sich die einzelnen Spuren 140, 142 unmittelbar aneinander anschließen, also möglichst ohne Abstand zwischen den Spuren 140, 142 und auch ohne Überlappung zwischen den Spuren. Hierzu musste mit den herkömmlichen Rasenpflegevorrichtungen der Literaturstellen [1] - [7] die Bedienperson das Rasenpflegegerät 11 möglichst exakt steuern.
Zur Unterstützung des Bedieners ist bei den dargestellten Ausführungsformen der Rasenpflegevorrichtung 11 eine optische Spurerkennungseinrichtung 132 vorgesehen. Die Spurerkennungseinrichtung 132 weist auf wenigstens einer der Seiten, vorzugsweise auf beiden Seiten der Rasenpflegevorrichtung 11 eine Spurerkennungseinheit 134-1, 134-2 auf, die jeweils wenigstens eine Kamera 136 aufweist. Die Kameras 136 nehmen ein Bild eines Bereichs seitlich der Rasenpflegevorrichtung 11 und vor dem Arbeitsgerät 12 auf, der hier vor der Antriebsachse 20 liegt. Weiter weist die Spurerkennungseinrichtung 132, bspw. als Teil der Steuerung 102 oder als Teil der jeweiligen Spurerkennungseinheiten 134-1 eine Bildverarbeitungseinheit 138 zur Bildverarbeitung von den durch die jeweilige Kamera 136 aufgenommenen Bildern und zur Mustererkennung in diesen Bildern auf. Entsprechende optische Geräte mit Kameras 136 und Bildverarbeitungseinheiten 138, die jeweils vorgegebene Muster erkennen können, sind auf dem Markt erhältlich und werden bspw. in den Literaturstellen [8] und [9] beschrieben und gezeigt.
Bei nicht näher dargestellten Ausführungen kann die Spurerkennungseinrichtung 132 weiter noch wenigstens eine Lichtquelle zur Beleuchtung des durch die Kamera aufzunehmenden Bereichs aufweisen. Die Bildqualität der Kamerabilder kann somit z.B. bei Umgebungsbedingungen mit geringer Lichtstärke durch den Einsatz zusätzlicher Lichtquellen, welche an der Rasenpflegevorrichtung 11 angebaut sind, verstärkt werden.
Gemäß den beigefügten Figuren ist die wenigstens eine Bildverarbeitungseinheit 138 je nach Betriebsweise zur Erkennung von unterschiedlichen Mustern ausgebildet, um so die Grenze einer zuvor bearbeitenden ersten Spur 140 beim Abfahren einer benachbarten zweiten Spur 142 zu erkennen und entweder die Bedienperson zum Abfahren der zweiten Spur 142 unmittelbar angrenzend an die erste Spur 140 zu unterstützen oder - in einem Automatikmodus - entsprechende Befehle an die Lenkeinrichtung 120 zum automatischen Entlangfahren der zweiten Spur 142, so dass sich diese unmittelbar angrenzend an die erste Spur 140 anschließt, auszugeben.
Die Rasenpflegevorrichtung 11 kann in unterschiedlichen Betriebsweisen betrieben werden, abhängig von denen ein unterschiedliches Bodenbild zur Mustererkennung durch die Bildverarbeitungseinheit 138 auswählbar ist.
Bei der in 1 dargestellten ersten Betriebsweise wird der Tiefenlüfter 38 mit Vollzinken als Zinken 42 betrieben, wobei der Rasen relativ kurz ausgebildet ist. Dementsprechend ist ein Lochmuster 144 mit definiertem Lochabstand optisch durch die Kameras 136 zu erkennen und kann durch die Bildverarbeitungseinheit 138 in einer ersten Einstellung erkannt werden. Die seitliche Grenze des Lochmusters 144 zeigt die Grenze 156 der ersten Spur 140, entlang derer die Rasenpflegevorrichtung 11 zu fahren ist, um die zweite Spur 142 unmittelbar anschließend zu bearbeiten.
Bei der in den 2 und 3 gezeigten Betriebsweise werden Hohlspoons als Zinken 42 eingesetzt. Die entsprechend hohlen, mit unterer Öffnung und oberem Auswurf ausgebildeten Zinken 42 entnehmen so Bodenmaterial 146 und werfen dieses in Form von Erdkegeln 148 auf dem Boden 18 ab. Mit entsprechenden Führungselementen 150, wie bspw. einer Schar 152, hier ausgebildet als seitliches Schwadblech 154 (nur eines an der Seite dargestellt, das andere entsprechende auf der anderen Seite zu Darstellungszwecken weggelassen) begrenzt die Abwurffläche und sorgt dafür, dass die Erdkegel 148 nur auf der ersten Spur 140 liegen, sodass ein optisch erkennbarer Übergang an der Grenze 156 der ersten Spur 140 erzeugt wird. In dieser zweiten Betriebsweise ist die Bildverarbeitung 138 zum Erkennen des Ablagemusters der Erdkegel 148 ausgebildet, um so die Grenze 156 der ersten Spur 140 zu ermitteln.
Bei einer nicht näher dargestellten dritten Betriebsweise ist der Rasen höher, sodass das Lochmuster 144 nicht optimal optisch erkennbar ist.
Die Stützrollen 46 sind so angeordnet, dass sie genau bis zur Grenze der Spurbreite 130 reichen. Beim Fahren über den Boden wird der Rasen mittels der Stützrollen 46 (oder zusätzlich oder alternativ mit anderen Mitteln, z. B. mittels der Antriebsräder 24-1, 24-2) heruntergedrückt, sodass die Grenze 156 zwischen heruntergedrücktem und noch hochstehendem Rasen optisch erkennbar ist. In dieser dritten Betriebsweise wird ebenfalls ein entsprechendes Bodenbild als zu erkennendes Muster in der Bildverarbeitungseinheit 138 eingestellt.
Die Bildverarbeitungseinheit 138 ist als elektronische Einheit mit entsprechenden Steuerprogrammen und Speichern ausgebildet, in denen die jeweiligen Bodenbilder als zu erkennende Muster eingestellt sind und die an der Bedienerschnittstelle 124 entsprechend der gewählten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung 11 ausgewählt werden können.
Die eine zuvor bearbeitete Spur 140 wird so als Referenzspur verwendet, um die eine nachfolgende Spur 142 abzufahren. Die Grenze 156 der jeweiligen Referenzspur 140 wird erkannt.
Bei einigen Ausführungsformen werden in einem manuellen Modus auf der Anzeige 126, wie dies in 4 dargestellt ist, anhand der so erfassten Grenze 156 der Referenzspur eine Sollspur 158 und anhand der aktuellen Einstellung der Lenkeinrichtung 120 eine aktuelle Istspur 160 angezeigt. Die Bedienperson kann so mittels der Betätigungselement 128 die Lenkeinrichtung 120 so ansteuern, dass Sollspur 158 und Istspur 160 übereinstimmen, um das Arbeitsgerät 12 entsprechend anschließend an den bereits bearbeiteten Bereich 140 des Bodens über den angrenzenden nächsten Bereich 142 des Bodens 18 zu fahren.
In einem Automatikmodus wird die Lenkeinrichtung 120 durch entsprechende Steuerprogramme in der Steuerung 102 abhängig von der Ausgabe der Spurerkennungseinrichtung 132 angesteuert.
Die Hardware der optischen Spurerkennungseinrichtungen 132 ist im Vergleich zu anderen möglichen Positioniereinheiten sehr kostengünstig erhältlich. Die Spurerkennungseinrichtung 132 erleichtert die Bedienung der Rasenpflegevorrichtung 11 enorm und ermöglicht eine sehr gleichmäßige Bearbeitung einer auch größeren Fläche, auch in abgeschatteten Bereichen wie z. B. in Fußballstadien durch exaktes Abfahren genau nebeneinander liegender Spuren 140, 142. Der Tiefenlüfter 38 ist entfernbar an der Arbeitsgerätanlenkung 14 angelenkt und kann auch durch ein anderes Arbeitsgerät 12, z. B. ein Mähdeck ersetzt werden, um auch andere Arbeiten durchzuführen.
Bezugszeichenliste

11: Rasenpflegevorrichtung
12: Arbeitsgerät
14: Arbeitsgerätanlenkung
16: Fahrgestell
18: Boden
20: Antriebsachse
22: Schwenkrad
24-1: erstes Antriebsrad
24-2: zweites Antriebsrad
26-1: erster Fahrmotor
26-2: zweiter Fahrmotor
28: Schwenkachse
30: Antriebseinheit
38: Tiefenlüfter
40: Stechwerkzeuge
42: Zinke
44: Tragarm
46: Stützrolle
64: Verbrennungsmotor
102: Steuerung
120: Lenkeinrichtung
122: Fernbedienung
124: Bedienerschnittstelle
126: Anzeige
128: Betätigungselement
130: Spurbreite
132: Spurerkennungseinrichtung
134-1: Spurerkennungseinheit
134-2: Spurerkennungseinheit
136: Kamera
138: Bildverarbeitungseinheit
140: erste Spur
142: zweite Spur
144: Lochmuster
146: Bodenmaterial
148: Erdkegel
150: Führungselement
152: Schar
154: Scharblech
156: Grenze
158: Sollspur
160: Istspur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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EP 3165062 A1 [0002]
EP 2954772 A1 [0002]
EP 2220926 A1 [0002]
EP 1762129 A1 [0002]
DE 2455836 B2 [0002]
AU 2015347785 B2 [0002]
US 10813267 B2 [0002]
EP 3685649 A1 [0002]
EP 2316259 B1 [0002]
EP 1266554 A2 [0002]
DE 102017217391 A1 [0002]
DE 19743884 A1 [0002]
DE 102019203651 A1 [0002]
DE 102017130694 A1 [0002]

Claims

Selbstfahrende Rasenpflegevorrichtung (11) zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens (18) unterhalb einer Grasnarbe, umfassend: ein Fahrgestell (16) mit wenigstens einer Antriebsachse (20) und einer Lenkeinrichtung (120); und ein Arbeitsgerät (12) mit einer sich über eine Spurbreite erstreckende Reihe von Stechwerkzeugen (40) mit Zinken (42), die zum Einstechen in den Boden (18) zwecks Tiefenlockerung auf und ab bewegbar sind, gekennzeichnet durch eine optische Spurerkennungseinrichtung (132), welche wenigstens eine Kamera (136) zum Aufnehmen eines Bildes eines bezüglich der Fahrtrichtung seitlich von oder seitlich von und zumindest teilweise vor dem Arbeitsgerät (12) befindlichen Bereichs des Bodens (18) und eine Bildverarbeitungseinheit (138) zur Bildverarbeitung von und Mustererkennung in durch die wenigstens eine Kamera (136) aufgenommenen Bildern aufweist, a) wobei in einer ersten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung (11) das Arbeitsgerät (12) dazu ausgebildet ist, beim Fahren über den Boden (18) während eines Einsatzes des Arbeitsgeräts (12) ein Lochmuster (144) mit vordefinierter Spurbreite (130) zu erzeugen, und die Spurerkennungseinrichtung (132) dazu ausgebildet ist, das Lochmuster (144) eines zuvor durch die Rasenpflegevorrichtung (11) bearbeiteten Bodenbereichs und anhand dessen eine Grenze (156) einer zuvor bearbeiteten Spur (140) zu erkennen, und/oder b) wobei in einer zweiten Betriebsweise der Rasenpflegevorrichtung (11) das Arbeitsgerät (12) dazu ausgebildet ist, Bodenmaterial (146) aus dem Boden (18) zu entfernen und mit einer definierten Grenze (156) auf der vordefinierten Spurbreite (130) abzulegen, wobei die Spurerkennungseinrichtung (132) dazu ausgebildet ist, die definierte Grenze (156) des abgelegten Bodenmaterials (146) eines zuvor durch die Rasenpflegevorrichtung (11) bearbeiteten Bodenbereichs und anhand dessen die Grenze (156) einer zuvor bearbeiteten Spur (140) zu erkennen.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Betriebsweise die Rasenpflegevorrichtung (11) dazu ausgebildet ist, mittels eines am Boden (18) angreifenden Stütz- oder Eingreifelements ein Bodenmuster mit einer definierten Grenze (156) der Spurbreite (130) zu erzeugen, wobei die Spurerkennungseinrichtung (132) dazu ausgebildet ist, anhand der definierten Grenze (156) des Bodenmusters eine zuvor bearbeitete Spur (140, 142) zu erkennen.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasenpflegevorrichtung (11) fernbedienbar ist und eine Benutzerschnittstelle an einer Fernbedienung (122) der Rasenpflegevorrichtung (11) ausgebildet ist.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (102) zum Steuern der Antriebsachse (20) und der Lenkeinrichtung (120) vorgesehen ist, die in einem Automatikmodus dazu ausgebildet ist, anhand der Ausgabe der Spurerkennungseinrichtung (132) die Rasenpflegevorrichtung (11) derart zu lenken, dass sich die aktuelle Spur (140, 142) des Arbeitsgeräts (12) unmittelbar anschließend an die zuvor bearbeitete Spur (140, 142) erstreckt.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Benutzerschnittstelle (124) mit einer Anzeige (126) vorgesehen ist, auf der eine Information über eine anhand Daten von der Spurerkennungseinrichtung (132) ermittelte Sollspur (158) und eine Information über eine aktuelle Istspur (160) angezeigt werden.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (136) der Spurerkennungseinrichtung (132) seitlich an der Rasenpflegevorrichtung (11) außerhalb der Spurbreite (130) angeordnet ist.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurerkennungseinrichtung (132) wenigstens eine Kamera (136) an jeder der beiden Seiten aufweist.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (20) zwei unterschiedlich ansteuerbare und antreibbare Antriebsräder (24-1, 24-2) aufweist und dass das Fahrgestell (16) weiter wenigstens ein frei drehbares Schwenkrad (22) aufweist, das in Fahrtrichtung beabstandet zu der Antriebsachse (20) angeordnet ist.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsweise Vollzinken an den Steckwerkzeugen vorgesehen sind und/oder dass in der zweiten Betriebsweise Hohlzinken an den Stechwerkzeugen (40) vorgesehen sind.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mechanisches Führungs- und/oder Markierungselement (150) zum Erzeugen der optisch erkennbaren definierten Grenze (156) der zuvor bearbeiteten Spur (140, 142) vorgesehen ist.
Rasenpflegevorrichtung (11) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine mechanische Führungs- und/oder Markierungselement (150) ein Schwadblech oder eine Schwadplatte oder eine Spurscheibe zum Angreifen an dem Boden (18) aufweist.
Rasenpflegeverfahren zur Bodenlüftung oder Tiefenlockerung des Bodens (18) unterhalb einer Grasnarbe, umfassend: Fahren einer Rasenpflegevorrichtung (11) entlang einer ersten Spur (140) über den Boden (18) und Bearbeiten des Bodens (18) durch wechselweises Einstechen und Herausziehen einer Reihe von Stechwerkzeugen (40) mit Zinken (42) der Rasenpflegevorrichtung (11) unter Schwenken der eingestochenen Stechwerkzeuge (40) im Boden (18) und dabei Erzeugen eines optisch erkennbaren Musters zur Bestimmung einer Grenze (156) der ersten Spur (140), Fahren der Rasenpflegevorrichtung (11) entlang einer zweiten Spur (142) anschließend an die und parallel zu der ersten Spur (140) zum entsprechenden Bearbeiten des Bodens (18) der zweiten Spur (142), wobei die erste Spur (140) durch optische Erfassung des erkennbaren Muster erfasst wird, um die Grenze (156) der ersten Spur (140) zu erkennen und die Rasenpflegevorrichtung (11) abhängig von der erfassten Grenze (156) zu lenken.
Rasenpflegeverfahren nach Anspruch 12, umfassend Fernbedienen der Rasenpflegevorrichtung (11) durch eine mit Abstand zu der Rasenpflegevorrichtung (11) angeordnete Bedienperson.
Rasenpflegeverfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Musterkennung umfasst: a) Erfassen eines durch die Stechwerkzeuge (40) erzeugten Lochbilds am Boden (18) und/oder b) Erzeugen einer definierten optisch erfassbaren Grenze (156) der ersten Spur (140) durch wenigstens ein mechanisches Stütz-, Führungs- oder Markierungselement (24-1, 24-2, 150) und optisches Erfassen der Grenze (156) der ersten Spur (140).
Rasenpflegeverfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt b) umfasst: Ablegen von bei dem Einstechen und Herausziehen der Stechwerkzeuge (40) aus dem Boden (18) entnommenen Bodenmaterial (146) und Anordnen des abgelegten Bodenmaterials (146) auf der ersten Spur (140) bis zu der definierten Grenze (156).