DE4004247A1

DE4004247A1 - Servo-geregeltes bearbeitungs-grundgeraet mit elektronischer pflanzenabtastung

Info

Publication number: DE4004247A1
Application number: DE4004247A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-12
Filing date: 1990-02-12
Publication date: 1991-08-14

Description

Das Bearbeiten des bepflanzten Bodens, bei dem die Pflan zen in Reihen angeordnet sind, erfolgt oft durch das ma schinelle Hacken des Erdstreifens zwischen den benachbar ten Pflanzenreihen.

Das genaue manuelle Führen der Hackschare und andere na turgegebene Einflüsse bringen Probleme mit sich, die un ter Verwendung eines speziellen servo-geregelten Bearbei tungsgerates gelöst werden.

Bekannt sind zwei verschiedene manuell gesteuerte Ge rätearten. Zum einen gibt es Anbaugeräte an die Dreipunkt aufhängung des Schleppers, ausgerüstet mit einer bewegli chen Schiene, an dem die Hackschare montiert sind, und in der Längsachse verlängert, eine steuerbare Spurrolle, die von einer zusätzlichen Person zu bedienen ist, welche durch die Lenkbewegung die gesamte Querschiene seitlich bewegt. Problematisch ist hierbei das Bearbeiten von sehr engen Pflanzanreihen, wie z. B. im Getreidefeld, bei Spurbreiten unter 15 cm.

Zum zweiten verwendet man Zwischennachhackgeräte, bei de nen sich kurz nach den vorderen Lenkrädern des Traktors die Querschiene mit den Hackscharen befindet. Den Verlauf der Hackspur regelt hierbei der Fahrzeugführer durch die Lenkbewegung.

Auch hierbei taucht das obengenannte Problem auf. Auf ge neigten Flächen driften Vorder- wie Hinterräder gleicher maßen ab.

Erschwerend wirken sich zudem auch noch ungünstige Boden verhältnisse, wie z. B. feuchte Flächen, aus.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Grundgerät zu schaf fen, das selbsttätig, geführt durch eine Pflanzenreihe, die Boden- oder Pflanzenbearbeitungsgeräte trägt und diese mit tels einer elektronischen Regelung der abgetasteten Pflan zenreihe in seitlicher Richtung ölhydraulisch nachführt.

Es muß auf schmalen wie auf breiten Pflanzenreihen sowie auf engen wie auf weiten Reihenabständen gleichermaßen einsetzbar sein und durch einen genügend langen Verfahr weg, d. h. der Weg zwischen beiden seitlichen Endpositio nen, ein optimales Bearbeiten ermöglichen.

Es stellt hohe Anforderungen an das Regelverhalten, denn es erfordert von dem Abtastsystem eine optimale Eingabe genauigkeit, d. h. Regelabweichungen müssen genau und schnell erfaßt, ausgewertet und dem Regler zugeführt wer den, welcher sofort Signale an das hydraulische Stellorgan ausgibt.

Störgrößen, wie z. B. starke Temperaturschwankungen, ungün stige Bodenbeschaffenheit, feuchte Böden, sehr hoher Un krautbesatz, Einflüsse durch Wind und Unwetter dürfen das Regelverhalten der Maschine nicht beeinträchtigen. Ferner muß das Gerät Pflanzenlücken der Führungsreihe er kennen und selbsttägig für diese Strecke seine Regelbewe gungen unterbrechen können.

Gerätebeschreibung

Das Grundgerüst der Maschine besteht aus einem Rahmen 9, an dem vorne Aufhängungen für die Dreipunktbefestigung am Traktor 1 und hinten die Laufschiene 3 für den beweg lichen Teil angebracht ist.

Die Laufschiene 3 ist unten als Rohr, in der Mitte als starker Flachstahl und oben als U-Führungsschiene gefer tigt, um starke Druckkräfte, z. B. eines Bodenbearbeitungs gerätes, problemlos auf den Grundrahmen 9 übertragen zu können.

Der bewegliche Teil besteht aus einer, wie im Landmaschi nenbau üblichen, Universal-Montageschiene 5, die an zwei Schlitten befestigt ist. Der Schlitten verfährt auf Lagern bzw. gelagerten Rollen 4 auf der Laufschiene 3 in seitli cher Richtung.

Der Hydraulikzylinder 7, der die Regelfunktion ausführt, ist an der Laufschiene befestigt und dessen Kolbenstan ge am beweglichen Schlitten.

Vorne, an dem beweglichen Teil, ist die Abtasteinheit 6 mit den Sensoren zur Messung der Pflanzenreihenabwei chung angebracht. Um den Sollwert einstellen zu können, muß diese in seitlicher Richtung verstellbar sein. Da die genaue Messung von der Pflanzenabtasthöhe abhängig ist, wird die Abtasteinheit, mittels eines Parallelogramms mit Laufrad 2, in vertikaler Richtung, abhängig von den Bodenunebenheiten, bewegt.

Ein Mikroprozessor 52 (CPU) übernimmt die Steuer- und Regelfunktion des Gerätes. Er beinhaltet einen Programm speicher (EPROM) und einen Datenspeicher (RAM). Über ei nen Datenbus werden Digital-Eingänge, Analog-Eingänge und Analog-Ausgänge eingelesen oder ausgegeben. Sämtliche Abtastgeräte liefern ihre elektronischen Signale über die Abtaststeckverbindung 50 den Analog- und Digitaleingabe baugruppen der CPU.

Das elektronische Teil der Abtasteinheit befindet sich direkt hinter den Laufrollen des Abtastparallelogramms. Es gibt folgende Abtastverfahren:

A) Kapazitive Abstandsmessung mit bandförmig angereih ten kapazitiven Näherungsinitiatoren (Fig. 3, 4, 5, 6).
B) Kapazitive Abstandsmessung mit kapazitiven Abstands gebern (Fig. 7).
C) Mechanische Abstandsmessung durch zwei induktive Span nungs-Drehgeber mit Betätigungsfedern (Fig. 8).
D) Mechanische Abstandsmessung durch zwei induktive Ab standsgeber mit Pendelarmbetätigung (Fig. 9).
E) Optische Beschattungsmessung mit bandförmig angereih ten Fotoempfängern (Fig. 10).
F) Ultraschall-Beschattungsmessung mit bandförmig ange reihten Ultraschallempfängern und Auswerteelektronik (Fig. 11).
G) Ultraschall-Abstandsmessung mit zwei Sonar-Abstands sensoren (Fig. 12).
H) Infrarot-Abstandsmessung mit zwei Infrarot-Abstands sensoren (Fig. 13).
I) Laser-Abstandsmessung mit zwei Laser-Abstandssenso ren (Fig. 14).
J) Optische Beschattungsmessung mit einem CCD-Fotoab tastsystem (Fig. 15).
K) Video-Reihenabtastverfahren (Fig. 16).
L) Konduktive Abstandsmessung mit bandförmig angereih ten Meßfühlern (Fig. 17), Widerstands-Differenzmessung (Fig. 22).

Beschreibung der Abtastsysteme (Fig. 3, 4, 5, 6)

A) Die Abtasteinheit besteht aus zwei Abtastarmen 11, die um einen Drehpunkt frei einstellbar sind und mit Hilfe von Stützarmen 12 arretiert werden können. Geschützt in den Abtastarmen sind die Sensoren 13 an der Unterseite bündig eingesetzt, die als kapazitive Näherungsinitiatoren berührungslos den Pflanzenbestand abtasten. Der Winkel der Abtastarme ist so einzustel len, daß das Maß zwischen den beiden äußersten Senso ren dem Reihenabstand entspricht, da immer nur eine Pflanzenreihe von der Abtasteinheit erfaßt werden darf. Die Abtastarme sind auch axial drehbar, so daß eine seitliche Abtastung der Pflanzenstengel (Fig. 3), oder eine Abtastung von oben, durch Überstreichen der Pflanzenreihe möglich ist (Fig. 4, 5, 6).

Die Transistorschaltausgänge der bandförmig angereih ten Sensoren liefern ihre digitalen Signale direkt über den Anschlußstecker 50 zur Digital-Eingabeeinheit der CPU.

(Fig. 7)

B) Die Abtasteinheit besteht aus einem Metallbogen, der über der Pflanzenreihe hinweggeführt wird. An beiden Seiten sind entgegengesetzt kapazitive Abstandsgeber 15 angebracht. Bei diesem Differenzabtastverfahren liefern die beiden kapazitiven Abstandsgeber Analog-Ausgangs signale, abhängig von der Pflanzenreihenposition. Diese Signale werden direkt der Analog-Eingabeeinheit zuge führt.

(Fig. 8)

C) Die Abtasteinheit besteht aus einem Metallbogen, der über der Pflanzenreihe geführt wird. An beiden Seiten sind Dreh-Spannungsgeber entgegengesetzt eingebaut. Die Dreh-Spannungsgeber sind derartig konstruiert, daß sich durch die Drehbewegung der Achse, an der sich die Betä tigungsfeder 19 außen und ein Metallexcenter innen be findet, der Abstand zum eingebauten induktiven Abstands geber 18 mit zunehmenden Betätigungswinkel verringert. Beide Betätigungsfedern sind durch eine Zugfeder in Höhe des Metallbogens miteinander verbunden und legen sich deshalb, aus Gründen geringerer mechanischer Reibung an die Pflanzenreihe an. Die induktiven Abstandsgeber 18 im Inneren des Dreh-Spannungsgebers liefern Analog-Aus gangssignale, abhängig von der Pflanzenreihenposition. Diese Signale werden direkt der Analog-Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 9)

D) Die Abtasteinheit besteht aus zwei induktiven Abstands gebern 18, welche an beiden Seiten entgegengesetzt eines beweglichen Pendelarms 20 befestigt sind. Der Pendelarm ist um den Drehpunkt 17 frei beweglich und am anderen Ende seitlich mit Streifblechen 21 versehen, welche aus Gründen geringerer mechanischer Reibung den Pendelarm immer entlang der Pflanzenreihe führt. Die induktiven Abstandsgeber liefern Analog-Ausgangssignale abhängig von der Pendelarmstellung, und somit abhängig von der Pflanzenreihenposition. Diese Signale werden direkt der Analog-Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 10)

E) Die Abtasteinheit besteht aus einer Infrarot-Licht quelle 22, unter der ein Fototransistor-Empfangsband 23 zwischen den Pflanzenreihen durchgeführt wird. Das Empfangsband besteht aus angereihten Fototransistoren mit Tageslichtfilter und mit Ausgabe-Schalttransistoren. Die Beschattung des Empfangsbands durch die seitlichen überhängenden Pflanzen ist ein Maß für die Pflanzen reihenposition. Die einzelnen digitalen Signale der Foto transistoren werden direkt der Digital-Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 11)

F) Die Abtasteinheit besteht aus einem Ultraschallsender 24, unter dem ein Ultraschall-Empfangsband 25 zwischen den Pflanzenreihen durchgeführt wird. Das Empfangsband be steht aus angereihten Ultraschall-Empfängern mit Decodern und Schalt-Ausgabetransistoren. Die Beschattung des Empfangsbands durch die seitlich überhängenden Pflanzen ist ein Maß für die Pflanzenreihenposition. Die Signale der einzelnen digitalen Ultraschall-Schaltausgaben werden direkt der Digital-Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 12)

G) Die Abtasteinheit besteht aus einem Metallbogen, der über der Pflanzenreihe hinweggeführt wird. An beiden Seiten sind entgegengesetzt Ultraschall-Abstandssensoren 27 angebracht, welche elektronische Ausgangssignale in Ab hängigkeit von der Pflanzenreihenposition liefern. Diese analogen- oder digitalen Ausgabesignale werden direkt der Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 13)

H) Die Abtasteinheit besteht aus einem Metallbogen, der über der Pflanzenreihe hinweggeführt wird. An beiden Seiten sind entgegengesetzt Infrarot-Abstandssensoren 29 ange bracht, welche Analog-Ausgangssignale abhängig von der Pflanzenreihenposition liefern. Diese elektronischen Signa le werden direkt der Analog-Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 14)

I) Die Abtasteinheit besteht aus einem Metallbogen, der über der Pflanzenreihe hinweggeführt wird. An beiden Seiten sind entgegengesetzt Laser-Abstandssensoren 31 angebracht, welche elektronische Ausgangssignale, abhän gig von der Pflanzenreihenposition liefern. Diese Signale werden direkt der Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 15)

J) Die Abtasteinheit besteht aus einem Infrarot-Lichtband 33 aus Infrarotsendern, welche durch zwei Pflanzenreihen geführt werden. In bestimmtem Abstand wird darüber eine CCD-Kamera 32 geführt. Eine CCD-Kamera besteht aus einem Objektiv mit dahinterliegenden foto-empfindlichen Flächen aus einzelnen digitalen Fotoelementen in hoher Auflösung. Die Beschattung der CCD-Kamera durch die seitlich über hängenden Pflanzen ist ein Maß für die Pflanzenreihen position. Die elektronischen Ausgangssignale werden der Eingabeeinheit der CPU zugeführt.

(Fig. 16)

K) Die Abtasteinheit besteht aus einer Video-Kamera, welche in bestimmtem Abstand über der Pflanzenreihe geführt wird. Das aufgenommene Videobild wird derartig elektro nisch zerlegt, daß sich das Grün-Braun-Spektrum der Pflanzenreihen auf brauner Erde in einem Bildkoordinaten system abspeichern läßt. Dieses abgespeicherte Koordi natensystem wird mit dem Koordinatensystem eines abge speicherten Urbilds verglichen. Daraus wird mit einer speziellen Auswertelektronik die Positionsabweichung be rechnet und als analoges - oder digitales Signal aus gegeben. Dieses elektronische Ausgangssignal entspricht dem Maß der Pflanzenreihenposition und wird direkt der elektronischen Eingabeeinheit zugeführt.

(Fig. 17)

L) Die Abtasteinheit besteht aus einem konduktiven Abtast band 39, bestehend aus einzelnen isoliert angebrachten Meßfühlern, welche den elektrischen Widerstand der Pflanzenreihe erfassen und bei bestimmten Schwellwer ten digitale Ausgangssignale liefern. Je dichter das Blattwerk der Pflanzenreihe unter den Meßfühlern ist, umso geringer ist der elektrische Widerstand und umso größer ist der elektrische Leitwert. Die digitalen Aus gänge der einzelnen Meßfühler mit Schwellwertschaltern liefern Signale, die durch Berechnungen der CPU die Pflanzenreihenposition ergeben. Auch eine seitliche konduktive Abtastung ist möglich.

Bei der konduktiven Abtastung mit Hilfe zweier Abtastarme ist auch ein Differenzmeßverfahren möglich. Hierbei werden die Abtastwiderstandswerte des linken und des rechten Abtastarms umgewandelt und als Analog-Spannungswerte der Analog-Eingabeeinheit geliefert. Bei dem Verfahren mit Schwellwertschaltern werden die einzelnen digitalen Signale der Digital-Eingabeeinheit zugeführt.

Die Wahl der Abtasteinheit ist von einigen Faktoren abhän gig. Sie ist abhängig von der Pflanzenart, von den verschie denen Sorten, von der Pflanzenhöhe und ganz besonders vom Pflanzenwuchs, der z. B. bei Getreide relativ gleichförmig ist.

Aber auch Witterungseinflüsse oder starker Unkrautbesatz erfordern entsprechende Abtastsysteme.

Es können auch mehrere Abtastsysteme bei einer Pflanzenreihe, oder auch bei verschiedenen Pflanzenreihen, eingesetzt wer den. Damit sich auch unsymmetrische Pflanzenreihen erfassen lassen, die meistens durch einseitigen Winddruck oder Sturm entstehen, ist der Abtasteinheit ein Kamm 14 vorzubauen, der grob ausgeführt ist und tiefer als die Abtasteinheit die Pflanzenreihe durchkämmt und diese bündelt. Auch eine mecha nische Hebevorrichtung für überhängende Pflanzenteile und Blattwerk, zum Zwecke der Pflanzenstielabtastung, ist mög lich.

Die Steckverbinder der Abtastgeräte enthalten den Anpas sungscode jeder Abtasteinheit als zusätzlichen Digitalbe reich, d. h. die CPU erkennt, welche Abtasteinheit gesteckt ist. Werden von dar Abtasteinheit Analogwerte an die CPU geliefert, so ergibt sich durch die Subtraktion der bei den Analogwerte des linken und rechten Kanals die Regel abweichung der Pflanzenreihe als Betrag und Richtung. Werden von der Abtasteinheit digitale Signale geliefert (z. B. Fig. 4 - kapazitive Bandabtastung), so wird jedes Eingangssignal nach einer Störsignalunterdrückung durch die CPU mit einer symmetrischen Wertigkeit belegt. Die Wertigkeit ist ein Maß für die Regelabweichung vom Null punkt, was den realen Abständen der digitalen Signalgeber entspricht. Also haben die innersten Signalgeber die niedrigste - und die äußersten Signalgeber die höchste Wertigkeit. Durch die getrennte Addition der Werte des linken bzw. des rechten Abtastarms und durch anschließen de Subtraktion der beiden Werte ergibt sich die Regelab weichung mit Betrag und Richtung. Diese digitalen Abtast verfahren unterscheiden sich im wesentlichen von den ana logen Abtastverfahren dadurch, daß eine Digital-Analog- Wandlung an beiden Abtastseiten vor der weiteren Differenz berechnung erfolgt. Bei nicht belegten digitalen Sensoren wird Φ addiert, bei schnell wechselnden Eingangsfunktionen der entsprechende Mittelwert.

Beispiel dx = Regelabweichung

a) 2 analoge Sensoren S₁, S₂ dx = S₁-S₂
b) 10 digitale Sensoren E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇, E₈, E₉, E₁₀ dx = (5E₁+4E₂+3E₃+2E₄+E₅) - (E₆+2E₇+3E₈+4E₉+5E₁₀)

Hieraus wird ersichtlich, daß alle digitalen Abtastsysteme genauso wie die analogen Abtastsysteme auf eine Differenz bildung der beiden Abtastseiten zurückgeführt wird. Ist die Regelabweichung bekannt, so kann mit diesem Wert aus der momentanen Zylinderstellung die neue Zylinderend position berechnet und abgespeichert werden. Die Zylinder stellung wird durch einen analogen- oder digitalen Wegge ber mechanisch erfaßt und als elektronisches Signal der CPU zugeführt. Auch durch eine Volumenstrommessung der Hydraulikflüssigkeit des Regelzylinders ist eine Wegbestim mung möglich. Dieser Positionierungs-Regelkreis betrifft ausschließlich den seitlichen Verfahrweg.

Hierbei muß beispielsweise 10 mm Regelabweichung an der Ab tastung, 10 mm Regelkorrektur an der Montageschiene durch den Hydraulikzylinder zur Folge haben.

Ein weiterer Regelkreis betrifft die Ausführungsgeschwin digkeit der Positionsregelung. Hierbei gibt ein analoger Tachogenerator 54, oder ein inkrementaler Impulsgeber, welcher an einem Bodenlaufrad die Traktorfahrgeschwindig keit mißt, diese Signale über entsprechende Eingabebaugrup pen an die CPU weiter. Die Abtasteinheit vorne ist um den Abstand A (eine Wegstrecke) zu den Arbeitsgeräten hinten versetzt, woraus folgt, daß der Zeitraum, in der die Strecke A zurückgelegt wird, auch der Positionierungszeit raum ist, also der Zeitraum für die Korrektur der Regelabwei chung. Folglich findet bei Stillstand keine Regelung statt, bei langsamer Fahrgeschwindigkeit wird langsam - und bei schneller Fahrgeschwindigkeit wird schnell positioniert. Die Positionierungsdaten werden einem in der CPU integrier ten PID-Regler zugeführt, welcher über den Geschwindig keitsregler Stellgrößen errechnet und elektronisch normiert über die Analog-Ausgabe dem Hydraulik-Regelorgan liefert. Als Regelventile verwendet man meistens Proportional- oder Servoventile, wobei letztere genauer und schneller arbeiten.

Mit einem Proportionalventil 44 wird der Volumenstrom der Ölhydraulik geregelt, die die Montageschiene mittels eines Hydraulikzylinders seitlich verfährt. Die Kolbenstellung des 4-Wege-Proportionalventils wird von einem induktiven Weggeber 55 erfaßt, der als Tauchspule mit Frequenz-Span nungswandler 56 ausgeführt ist und einen Analog-Ausgangs wert an die CPU liefert. Diese Ventil-Kolbenweg-Reglerrück führung verringert ventilspezifische Störgrößen. Zusätz lich erhöht eine direkte Volumenstromerfassung als Regel rückführung die Regelpräzision der Anlage.

Aus Gründen der Handhabung der Maschine ist es wichtig, das Gerät vom Traktor aus bedienen zu können. Hierzu ist ein Bediengerät vorgesehen, das dem Bediener, entweder über parallele Digital-Ein- und Ausgaben oder über eine serielle Schnittstelle, Meldungen vom Gerät liefert sowie auch Befehle und Funktionen dem Gerät übergibt. Als ein Beispiel sei das Einsetzen des Geräts am Reihenanfang erwähnt. Hier muß der Bediener die Arbeitsgeräte mittels Bediengerät, in manueller Funktion, derartig seitlich ver fahren, daß die passenden Pflanzenreihen gefunden werden. Die Regelelektronik sowie die Hydraulikkomponenten sind ge schützt am vorderen Grundrahmen angebracht.

Das Gesamtgerät ist auch für den Zwischenachseinsatz geeig net und kann natürlich auch in bestehende fahrbare Arbeits maschinen integriert werden.

Beschreibung der Hydraulik:

Um das verfahrbare Teil der Maschine zu bewegen, wird eine Energieform benötigt, die am Traktor vorhanden und leicht zu regeln ist - die Ölhydraulik.

Als Stellorgan wird ein Differentialzylinder verwendet. Benötigt werden, falls noch nicht vorhanden, am Traktor zwei hydraulische Steckverbinder, eine Druckleitung und eine Rückleitung zum Hydrauliktank.

In Fig. 18 ist der Gesamthydraulikplan der Maschine ersicht lich. Von der Hydraulikpumpe 41 am Traktor über die Steck verbindung P steht der Eingangsdruck am Druckregler 42 und an der Druckwaage 43 an. Der Druckregler 42 hält den Ein gangsdruck auf einen eingestellten Wert konstant.

Die 3-Wege-Druckwaage 43 regelt über den anstehenden Druck den Volumenstrom zum 4-Wege-Proportionalventil 44, welches den Differentialzylinder 45 steuert. Der Ölrücklauf vom Druckregler, von der Druckwaage und vom Proportionalventil läuft über ein Rücklauffilter 46 über die Steckverbindung T zurück zum Hydrauliktank 47.

Die Funktion der Volumenstromregelung wird durch das Pro portionalventil ausgeführt, welches von einer speziellen Regelelektronik angesteuert wird.

Anstelle eines Proportionalventils ist auch ein Servoven til verwendbar, welches schneller und genauer arbeitet. Eine besondere Fähigkeit der Maschine liegt auch in der Funk tion als Hackgerät, wobei nicht nur sehr nahe entlang der Pflanzen gehackt werden kann, sondern, wie in Fig. 20, 21 er sichtlich, auch zwischen den einzelnen Pflanzen einer Pflan zenreihe.

Die Abtasteinheit führt nicht nur Positionsmessungen in seit licher Richtung durch, sondern sie kann auch in Fahrtrich tung die Pflanzenabstände messen.

Es werden Hackschare verwendet, die auch seitlich schnei dende Flächen 36 aufweisen und in ihrer Größe den Pflanzen lücken anzupassen sind.

Wie in Fig. 21 ersichtlich ist, müssen bereits alle Reihen bei der Saat streng synchron, jede zweite Reihe um den hal ben Pflanzenabstand versetzt, eingebracht werden. Auch die Anordnung der Hackschare entspricht genau der Pflanzenanord nung.

Durch vorgegebene, gespeicherte, zyklische Regelbewegungen 38 des Hackrahmens in Verbindung mit der Pflanzenpositionsab tastung der Führungsreihe, welche ständig von der CPU eingelesen wird, ist es möglich, die vorgegebene Regelbewegung seit lich zu korrigieren und den Zyklus der Regelbewegung einem aus den Abtastdaten errechneten Mittelwert anzupassen und die Frequenz des Verfahrmusters neu zu triggern.

Hierbei erkennt das Gerät auch Pflanzenausfälle, fährt mit gespeicherten Regelbewegungen weiter und gibt eine Meldung über das Bediengerät aus. Die Traktorfahrgeschwindigkeit ist hierbei nicht zu überschreiten. Wird sie jedoch so schnell, daß die Regelung der Geschwindigkeit nicht folgen kann, so wird lediglich der seitliche Verfahrweg verkürzt, das sonstige Regelverhalten wird nicht beeinträchtigt. Hier bei kann auch von der CPU an das Bediengerät die Meldung: "Bitte langsamer fahren" ausgegeben werden. Auch die Meldung, um wieviel Prozent zu schnell gefahren wird, kann ausgege ben werden.

Anwendungsbeispiel

Im ökologischen Landbau, sowie in vielen geschützten Gebie ten, in denen Herbizide nicht erlaubt sind, stellt sich im Getreideanbau das Problem der Unkrautbekämpfung. Bisher wurde breitflächig gestriegelt oder im Zwischenachsgeräte träger gehackt. Bei verkrusteten oder schweren Böden gibt es immer Probleme, da der Striegel nicht ins Erdreich eindrin gen kann. Das Hacken mittels Geräteträger stellt hohe Ansprü che an den Steuermann, besonders in Hanglagen.

Die Unkrautbekämpfung kann durch die Erfindung bedeutend er leichtert werden.

Besonders Getreidepflanzen sind wegen ihres gleichmäßigen Wuchses genau von der Abtasteinheit zu orten und stellen keine Probleme für das servo-geregelte Hackgerät dar.

Die Hackbreite muß genau mit der Saatbreite übereinstimmen. An der Montageschiene werden die Hackschare montiert und genau auf dem Feld nach den Pflanzreihen ausgerichtet. Bei einem verbreiterten Getreidereihenabstand von 19 cm kann mit einer 15 cm breiten Gänsefußschar gehackt werden.

Fig. 1 Bearbeitungs-Grundgerät in 3-Punkt-Aufhängung am Traktor - in Draufsicht,

Fig. 2 Bearbeitungsgerät wie oben - in Seitenansicht,

Fig. 3 A) Kapazitive Bandabtastung - Seitenabtastung - in Draufsicht,

Fig. 4 A) Kapazitive Bandabtastung - Abtastarme geöffnet - in Vorderansicht,

Fig. 5 A) Kapazitive Bandabtastung - Abtastarme geöffnet - in Draufsicht,

Fig. 6 A) Kapazitive Bandabtastung - Abtastarme geschlossen - in Draufsicht,

Fig. 7 B) Kapazitive Abstandsmessung mit Abstandsgebern - Vorderansicht,

Fig. 8 C) Mechanische Abstandsmessung mit Spannungsdrehgeber - Draufsicht,

Fig. 9 D) Mechanische Abstandsmessung mit induktiven Abstands gebern und Pendelarm,

Fig. 10 E) Optische Beschattungsmessung mie einem Foto empfangsband - Vorderansicht,

Fig. 11 F) Ultraschall-Beschattungsmessung mit einem Ultra schall-Empfangsband - Vorderansicht,

Fig. 12 G) Ultraschall-Abstandsmessung als Differenzverfahren - Vorderansicht,

Fig. 13 H) Infrarot-Abstandsmessung als Differenzverfahren - Vorderansich,

Fig. 14 I) Laser-Abstandsmessung als Differenzverfahren - Vorderansicht,

Fig. 15 J) Optische Beschattungsmessung mit einer CCD-Kamera - Vorderansicht,

Fig. 16 K) Video-Reihenabtastverfahren - Vorderansicht,

Fig. 17 L) Konduktive Bandabtastung - Abtastarme geöffnet - Vorderansicht,

Fig. 18 Hydraulikplan,

Fig. 19 Elektronikplan,

Fig. 20 Verfahrmuster - Lückenhackgerät - Vorderansicht,

Fig. 21 Verfahrmuster - Lückenhackgerät - Draufsicht,

Fig. 22 Widerstands-Differenzmeßverfahren - Draufsicht.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 3-Punkt-Maschinenaufhängung
2 Parallelogramm mit Laufräder
3 Laufschiene
4 Laufrollen des Schlittens
5 Montageschiene
6 Abtasteinheit
7 Hydraulikzylinder
8 Hackschar mit Befestigung
9 Grundrahmen
10 aktive Fläche der Sensoren
11 Abtastarme
12 Stützarme
13 Sensoren
14 Kamm
15 Kapazitiver Abstandsgeber
16 Schaltkeule
17 Befestigung
18 induktive Weggeber
19 Betätigungsfeder
20 Pendelarm
21 Streifblech
22 optischer Sender
23 Fotoempfangsband
24 Ultraschallsender
25 Ultraschallempfangsband
26 Ultraschall-Schaltkeule
27 Ultraschall-Abstandssensor
28 Infrarotstrahl
29 optischer Abstandssensor
30 Laserstrahl
31 Laser-Abstandssensor
32 CCD-Kamera
33 Lichtband
34 Video-Kamera
35 Montageschiene
36 Lückenhackschar
37 Pflanzen
38 Regel-Verfahrmuster
39 Konduktive Sensoren
41 Hydraulikpumpe
42 Druckbegrenzungsventil
43 hydraulische Druckwaage
44 4-Wege-Proportionalventil
45 Differentialzylinder
46 Filter
47 Hydrauliktank
50 Steckverbindung zur Abtasteinheit
51 Bediengerät - Dateneingabe
52 Mikroprozessor (CPU) mit Speicher
53 Bedien- oder Programmiergerät
54 Geschwindigkeitsmesser
55 Kolbenwegaufnehmer
56 Kolbenweg-Analogwandler
57 Wege-Proportionalventil
58 Hydraulikzylinder
59 Zylinderwegaufnehmer
60 Widerstandsmeßfühler
61 Widerstands-Spannungswandler

Claims

1. Servo-geregeltes Bearbeitungs-Grundgerät im Zwischenpflan zenreiheneinsatz, beliebig am Traktor montierbar oder in andere selbstfahrende Maschinensysteme integrierbar, ge kennzeichnet dadurch, daß sich an einem Grundrahmen (9) mit Laufschiene (3) der bewegliche, seitlich auf Schlit ten verfahrbare Teil der Anordnung befindet, an dem vorne die Pflanzenabtastvorrichtung (6) und hinten die Arbeits geräte (8) montiert sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Leitlinie dienende Pflanzenreihe von einer elek tronischen Abtastvorrichtung (6) geortet wird und das seit lich verfahrbare Teil der Anordnung, das die mechanischen Arbeitsgeräte trägt, mittels einer Computerregelung servo hydraulisch, im Gleichlauf zur Führungsreihe, verfahren wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem beweglichen Teil der Maschine eine Montageschie ne (5) montiert ist, welche gleichermaßen die elektronische Abtasteinheit sowie die Bearbeitungsgeräte trägt, welches Unkrautbekämpfungs-, Pflanzenbearbeitungs-, Bodenbearbeitungs geräte oder sonstige landwirtschaftliche Arbeitsgeräte sein können.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (6) mittels einer Bodenlaufrolle (2) mit Parallelogramm stetig auf fest einstellbarer Bodenhöhe ar beitet und daß sich die Abtasteinheit auf der Montageschie ne (5) seitlich verstellen läßt, um die Arbeitsgeräte an der Montageschiene auf die Führungsreihe einstellen zu kön nen, wobei die Seiten- und Höhenverstellung der Abtastung auch mittels elektrischen Stellmotoren von einem Bedien gerät aus steuerbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzabtastverfahren Verwendung findet, wel ches zwischen oder gegenüber von Pflanzenreihen Pflanzen positionsmessungen durchführt und diese Daten an einen Mikroprozessor weiterleitet, welcher durch Subtraktion der beiden Abtastwerte A_L, A_R die Regelabweichung dx in Be trag und Richtung folgendermaßen berechnet: dx=A_L-A_R.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Bandmeßverfahren mit einer großen Zahl ein zelner digitaler Sensoren in symmetrischer Anordnung durch einen entsprechenden Berechnungsmodus des Mikroprozessors in einen mathematischen Wert umwandeln läßt, welcher die Pflanzenreihenposition und damit die Regelabweichung in Betrag und Richtung ergibt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen digitalen Bandabtastsystemen der Sollwert naturgemäß im Symmetriezentrum liegt und die Regelabwei chung dx derartig berechnet wird: dx=(5E1+4E2+3E3+2E4+E5)-(E6+2E7+3E8+4E9 +5E10), wobei E1 bis E10 digitale symmetrisch angeordnete Sen soren sind, die lineare Abstände haben.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abtasten einer Pflanzenreihe mittels einer großen Zahl, quer zur Pflanzenreihe angeordneter kapazi tiver Näherungsinitiatoren (13) deren digitalen Schalt signale über einen kurzen Zeitraum in die CPU eingelesen und abgespeichert werden, sich die Pflanzenpositionen be rechnen lassen.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus zwei kapazitiven Abstandsge bern (15) besteht, welche entgegengesetzt an einem Bügel über der abzutastenden Pflanzenreihe geführt werden und dessen Analogwerte in der CPU durch Differenzbildung die Pflanzenpositionen ergeben.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus zwei mechanischen Analog-Dreh gebern (18) mit Betätigungsfedern (19) oder aus zwei di gitalen Winkelschrittgebern mit Betätigungsfadern beste hen, welche an einem Bügel seitlich über der abzutasten den Pflanzenreihe geführt werden und daß die Analog bzw. Digitalwerte in der CPU durch Differenzbildung die Pflanzenpositionen ergeben.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus einem mechanisch, durch Streif bleche (21) betätigten Pendelarm (20) besteht, dessen Po sition von zwei gegenüberliegenden induktiven Abstands gebern (18) erfaßt wird und dessen Analogwerte in der CPU durch Differenzbildung die Pflanzenpositionen ergeben.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus einer Lichtquelle (22) besteht, welche auch außerhalb des sichtbaren Bereichs sein kann, unter der zwischen den Pflanzenreihen optische Empfangs bänder (23), z. B. bestehend aus angereihten Fototran sistoren, quer zur Pflanzenreihe geführt werden, welche die Beschattung der überhängenden Pflanzen als Digital werte, über Tageslichtfilter und Schalttransistoren der CPU liefern, die die Pflanzenpositionen aus den gespei cherten Eingangswerten berechnet.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus einer Ultraschallquelle (24) besteht, unter der zwischen den Pflanzenreihen Empfangs bänder, die aus angereihten Ultraschallempfängern (25) bestehen, quer zur Pflanzenreihe zwischen den Pflanzen geführt werden, welche die Beschattung der überhängenden Pflanzen als Digitalwerte über Ultraschalldecoder und Digitalausgänge der CPU liefern, die die Pflanzenposi tionen aus den gespeicherten Eingangswerten berechnet.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus zwei Ultraschall-Abstandsge bern (27) besteht, welche entgegengesetzt an einem Bü gel montiert über der abzutastenden Pflanzenreihe ge führt werden und dessen elektronische Ausgänge in der CPU durch Differenzbildung die Pflanzenpositionen erge ben.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus zwei Infrarot-Abstandsge bern (29) besteht, welche entgegengesetzt an einem Bü gel montiert über der abzutastenden Pflanzenreihe ge führt werden und dessen elektronische Ausgänge in der CPU durch Differenzbildung die Pflanzenpositionen erge ben.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus zwei Laser-Abstandssensoren (31) besteht, welche, entgegengesetzt an einem Bügel montiert, über der abzutastenden Pflanzenreihe geführt werden und dessen elektronische Ausgänge in der CPU durch Differenz bildung die Pflanzenpositionen ergeben.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus einer bandförmigen optischen Strahlungsquelle (33) besteht, welche quer entlang der Pflanzenreihe geführt wird, und einer CCD-Kamera (32) besteht, die in bestimmtem Abstand über der Strahlungs quelle die seitliche Beschattung der Pflanzenreihe er faßt und ihre elektronischen Ausgangswerte der CPU lie fert, welche durch einen Berechnungsmodus die Pflanzen position bestimmt.

18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus einer Video-Kamera (34) besteht, welche in bestimmtem Bodenabstand das Bild der Pflanzen reihe in einer speziellen Video-Bildaufbereitung abspei chert, wo sich aus den Farbdifferenzen zwischen grünen Pflanzen auf braunem Grund eine Bildkoordinatenverteilung ergibt, welche mit einem abgespeicherten Urbild verglichen werden und aus der sich ergebenden Abweichung elektronisch proportionale Signale ergeben.

19. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abtasten einer Pflanzenreihe, mittels einer großen Zahl quer zur Pflanzenreihe angeordneter kondukti ver Signalgeber (39) mit Verstärker und Schalttransisto ren, deren digitalen Schaltsignale über einen kurzen Zeit raum in die CPU eingeben und abgespeichert werden, sich die Pflanzenpositionen berechnen lassen.

20. Verfahren nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bestimmung der Pflanzenreihenposition ver bessern läßt, wenn eine Pflanzenreihe mit verschiedenen Abtastsystemen hintereinander, oder wenn mehrere Pflanzen reihen abgetastet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abtasteinheit über eine Steckverbindung (50) an die Eingabeeinheit der CPU anschließbar ist, wobei jede Steckverbindung außer den Meßwerten noch über separate Di gitaleingänge einen Anpassungscode der CPU liefert, wobei diese den Typ, Abtastart und sonstige Systemdaten der Ab tasteinheit erkennt und abtastspezifische Datenspeicher und entsprechende Programmteile der CPU aufruft und diese bearbeitet.

22. Verfahren nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Berechnungsmodus der CPU, welcher die Re gelabweichung als mathematische Größe liefert, aus der momentanen IST-Zylinderstellung, welche durch einen elek tronischen Weggeber (59) am Hydraulikzylinder oder durch eine Volumenstrommessung der Hydraulikflüssigkeit erfaßbar ist, sich die neue SOLL-Zylinderstellung folgendermaßen berechnen läßt:
IST-Wert + Regelabweichung dx = SOLL-Wert.

23. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgeschwindigkeit der Zugmaschine über elektro nische Geschwindigkeitsgeber (54) als Analog- oder Digital werte, z. B. an einer Bodenlaufrolle gemessen, der CPU zur Verfügung stehen, welche diese Meßgröße verwendet, um die Regelgeschwindigkeit der Maschine variabel und damit unab hängig von der Fahrgeschwindigkeit zu machen.

24. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, 22 und 23, dadurch ge kennzeichnet, daß aus den Daten über Zylinder-IST-Stel lung, Zylinder-SOLL-Stellung, Fahrgeschwindigkeit und sonstige abtast- und maschinen-bezogene Regelparameter sich ein, in der CPU intagrierter, PID-Regler projek tieren läßt, welcher über elektronische Ausgaben dem Hydraulikstellorgan Regelgrößen liefert.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Reglerrückführung der Kolbenstellung des hydraulischen Regelventils (55, 56) ein schnelleres und präziseres Positionieren ermöglicht.

26. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 und 25, dadurch gekenn zeichnet, daß der Differentialzylinder (45) durch eine hydraulische Volumenstromregelung geregelt wird, welche aus einem 4-Wege-Proportionalventil (44) mit vorgeschal teter Druckwaage (43) besteht, wobei der Eingangsdruck des Systems von einem Druckregler (42) auf einem kon stant eingestellten Wert gehalten wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Proportionalventils auch andere hydrau lische Regelventile, wie z. B. Servoventile, verwendbar sind.

28. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsgerät nicht nur als Reihenhackgerät, sondern auch als Lückenhackgerät (Fig. 20, 21) einsetzbar ist, wobei durch eine spezielle elektronisch gespeicherte Regelbewegung (38) seitlich schneidende Hackschare (36) zwischen den Pflanzenreihen und auch jeweils von beiden Seiten in die Pflanzenlücken einfahren und somit auch zwischen den Pflanzen einer Reihe hacken.

29. Verfahren nach Anspruch 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Lückenhackgerät ein Regelsystem aufweist, welches außer einem Seitenregelsystem auch ein zusätzliches seit liches Verfahrmuster (38) beinhaltet, dessen Verfahrzyklen von der CPU berechnet werden und dessen Frequenz nach ab getasteter Pflanzenposition getriggert wird.

30. Verfahren nach Anspruch 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das geregelte Verfahrmuster des Bearbeitungsgeräts auch bei anderen Arbeitsgeräten einsetzbar ist, was Bo den- und Pflanzenbearbeitungsgeräte, Sä- oder Erntegeräte oder sonstige Arbeitsgeräte sein können.

31. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit aus zwei Widerstands-Meßfühler (60) besteht, welche über den Pflanzen oder seitlich der Pflanzen reihe geführt wird und dessen Meßwerte, welche in analoge Spannungssignale umgewandelt werden, in der CPU durch Differenzbildung die Pflanzenpositionen ergeben.