Vorrichtung zum Halten eines die relative Position zu einem Erntebestand berührungslosen Sensors, insbesondere einer Kamera, an einer Erntemaschine |
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申请号 | EP10180096.9 | 申请日 | 2010-09-27 | 公开(公告)号 | EP2316259A1 | 公开(公告)日 | 2011-05-04 |
申请人 | CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH; | 发明人 | Arnold, Uwe; Klotz, Manfred; | ||||
摘要 | Eine Vorrichtung zum Halten eines die relative Position zu einem Erntebestand (2) erfassenden berührungslosen Sensors (3), insbesondere einer Kamera, an einer Erntemaschine (4), zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor (3) für unterschiedliche Arbeitssituationen der Erntemaschine (4) in verschieden beabstandete Positionen (p1) in Bezug auf eine Längsmittelebene (5) der Erntemaschine (4) bringbar ist. | ||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Vorrichtung zum Halten eines die relative Position zu einem Erntebestand erfassenden berührungslosen Sensors, insbesondere einer Kamera, an einer Erntemaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines die relative Position zu einem Erntebestand erfassenden berührungslosen Sensors, insbesondere einer Kamera, an einer Erntemaschine. Aus der Ganz allgemein dient eine solche Positionserfassung vorrangig dazu, eine automatische Lenkung der Erntemaschine zu ermöglichen und so den Maschinenführer im Erntebetrieb zu entlasten. Derart selbständig arbeitende Lenkungen werden in der Praxis auch als Autopilot bezeichnet. Daneben kann eine präzise Positionserfassung zur Optimierung des Ernteprozesses beitragen, indem durch entsprechende Lenkung der Erntemaschine versucht wird, möglichst die volle Arbeitsbreite der Erntemaschine zu nutzen. Angesichts größer werdender und damit schwieriger zu übersehender Erntemaschinen gewinnt dieser Aspekt an Bedeutung. In technischer Hinsicht wird zur Ermöglichung der Positionserfassung ein berührungsloser Sensor so an der Erntemaschine bzw. an einem der Erntemaschine zugeordneten Vorsatzgerät angebracht, dass mittels des Sensors ein Abtasten des Erntebestands, zumeist dessen Bestandskante, möglich ist. Das vom Sensor empfangene Signal wird dann mittels einer Datenverarbeitungseinheit ausgewertet, um die relative Position der Erntemaschine bezüglich des Erntebestands zu errechnen. Mit bekannter relativer Position zum Erntebestand können dann geeignete Steuerbefehle zur Lenkung der Erntemaschine gegeben werden, wodurch die Erntemaschine automatisch entlang der Kante des Erntebestands geführt wird. Ein der Positionserfassung dienender Sensor ist abhängig von Art und Beschaffenheit der Erntemaschine und der verwendeten Messmethode in geeigneter Weise an der Maschine anzubringen, um eine sichere Positionserfassung zu ermöglichen. Bei selbstfahrenden Erntemaschinen wie beispielsweise Feldhäckslern oder Mähdreschern erfolgt die Platzierung zumeist im vorderen, dem Erntebestand zugewandten Bereich der Erntemaschine, bevorzugt am Vorsatzgerät der Erntemaschine. Da es sich für die anschließende Signalauswertung anbietet, die Bestandskante des Erntebestands zu erfassen, ist der Sensor zweckmäßigerweise auf der Seite der Erntemaschine angeordnet, die im Erntebetrieb der Bestandskante folgt. Bei heutzutage bevorzugt zum Einsatz kommenden bildgebenden optischen Sensoren wie Kameras ergibt sich technisch eine besonders günstige Möglichkeit der Signalauswertung, wenn der Sensor etwas außerhalb des seitlichen Rands der Erntemaschine positioniert ist und in einem von der Fahrrichtung leicht nach "innen" abweichenden Winkel, d.h. leicht zur Längsmittelebene der Erntemaschine hin, auf die Bestandskante "blickt". Ein aus dieser Perspektive vom Sensor aufgenommenes Bild kann zuverlässig ausgewertet werden. Zwar ist so eine genaue Positionserfassung möglich, jedoch besteht der Nachteil, dass der Sensor seitlich hinausragend über den Außenrand der Erntemaschine bzw. deren Vorsatzgerät angeordnet werden muss. In bestimmten Arbeitssituationen der Erntemaschine, beispielsweise beim sogenannten "Durchstechen" durch ein Feld oder wenn aus sonstigen Gründen ein Hinausragen des Sensors unerwünscht ist (beispielsweise beim Straßenbetrieb oder bei seitlichen Hindernissen), muss der Sensor demontiert werden und kann folglich nicht mehr genutzt werden. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Halten eines Positionssensors anzugeben, die eine Nutzung des Sensors in unterschiedlichen Arbeitssituationen der Erntemaschine ermöglicht. Gemäß Anspruch 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sensor für unterschiedliche Arbeitssituationen der Erntemaschine in verschieden beabstandete Positionen in Bezug auf eine Längsmittelebene der Erntemaschine bringbar ist. Erfindungsgemäß ist dabei zunächst erkannt worden, dass im Erntebetrieb unterschiedliche Arbeitssituationen auftreten, die teils den Betrieb eines Positionssensors einschränken. Wie beschrieben, ist dies unter anderem beim sogenannten "Durchstechen" durch ein Feld der Fall, da hier eine seitlich über die Erntemaschine (bzw. deren Vorsatzgerät) hinausragende Positionierung des Sensors nicht möglich ist. In erfindungsgemäßer Weise ist hierzu eine Lösung gefunden worden, wonach beim sogenannten "Durchstechen" durch ein Feld oder in sonstigen Arbeitssituationen, die keine seitlich über die Maschine hinausragende Positionierung des Sensors erlauben, sich der Sensor in eine - in Bezug auf die Längsmittelebene der Erntemaschine - anders beabstandete Position bringen lässt. So kann beispielsweise beim Durchstechen durch ein Feld der Sensor in eine weniger beabstandete Position bezüglich der Längsmittelebene der Erntemaschine gebracht werden, so dass dieser nicht mehr seitlich über die Maschine hinausragt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zum Einnehmen der verschieden beabstandeten Positionen der Sensor mittels einer Parallelogrammführung gegenüber der Erntemaschine gelagert. Die Parallelogrammführung ist vorzugsweise so angeordnet, dass der Sensor in Bezug auf die Fahrtrichtung der Erntemaschine seitlich beweglich ist und sorgt dafür, dass der Sensor in den verschieden beabstandeten Positionen jeweils horizontal gleich ausgerichtet ist. So lassen sich die Sensorsignale einfacher auswerten. In konstruktiver Hinsicht kann die Parallelogrammführung eine mit der Erntemaschine verbundene Konsole und ein parallel zur Konsole geführtes Tragelement zur Aufnahme des Sensors umfassen, wobei zur Parallelführung zwei je gelenkig mit Konsole und Tragelement verbundene Haltearme dienen. Die Konsole kann als Anbauteil für ein Vorsatzgerät ausgeführt sein, wodurch auch eine nachträgliche Montage möglich ist. Der Bedienkomfort der Vorrichtung für den Maschinenführer lässt sich erhöhen, indem zum Ansteuern der verschieden beabstandeten Positionen des Sensors ein Antrieb vorgesehen ist. Es kann sich dabei grundsätzlich um jedweden Antrieb handeln, wobei sich angesichts der bei Erntemaschinen bereits vorhandenen Hydrauliksysteme ein hydraulischer Antrieb besonders eignet. Dieser kann beispielsweise einen Hydraulikzylinder umfassen, der zwischen einem der Haltearme der Parallelogrammführung und der Konsole wirkt. Der Maschinenführer kann dann beispielsweise durch Fernbetätigung des Antriebs aus der Fahrerkabine die Sensorposition während des Maschinenbetriebs verändern. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind - zusätzlich zur Positionierbarkeit des Sensors - Mittel vorgesehen, die den Sensor in Abhängigkeit von dessen Position ausrichten. Es ist erkannt worden, dass an eine Haltevorrichtung für einen Positionssensor nicht nur Anforderungen hinsichtlich der Positionierung an der Erntemaschine, sondern auch hinsichtlich der Ausrichtung, d.h. der winkelmäßigen Orientierung bestehen. Grundsätzlich kann die Ausrichtung des Sensors sämtliche Drehbewegungen umfassen, welche auf die Orientierung des Sensors, d.h. dessen Winkellage in Bezug auf die Erntemaschine Einfluss nehmen. In vorteilhafter Weise erfolgt Ausrichtung des Sensors durch Schwenken um eine im Arbeitseinsatz der Erntemaschine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse. Denn durch geeignetes Schwenken um eine vertikale Schwenkachse ist es möglich, den Sensor auch in dessen unterschiedlich beabstandeten Positionen zur Längsmittelebene der Erntemaschine zur Positionserfassung zu nutzen. Bei Ausführung der Vorrichtung mit einer Parallelogrammführung kann auf konstruktiv vorteilhafte Weise das Tragelement den Sensor mittels einer am Tragelement gelagerten Schwenkachse aufnehmen. Der Sensor ist damit um diese Schwenkachse schwenkbar gegenüber dem Tragelement. Zur Nutzung des Sensors in verschieden beabstandeten Positionen bezüglich der Längsmittelebene der Erntemaschine kann es günstig sein, dass der Sensor in einer weiter beabstandeten Position mit einem Winkel bezogen auf die Längsmittelebene nach innen ausgerichtet ist, und in einer weniger weit beabstandeten Position mit einem Winkel bezogen auf die Längsmittelebene nach außen ausgerichtet ist. Grundsätzlich kann die Ausrichtung des Sensors auf unterschiedliche Weise an dessen Positionierung gekoppelt sein. Eine konstruktiv einfache Möglichkeit besteht in einer mechanischen Kopplung der Sensorausrichtung an die Positionierung des Sensors. Vorteilhaft daran ist, dass so keine zusätzliche Sensorik und/oder zusätzlicher Antrieb für die Ausrichtung anfällt, sondern die Ausrichtbewegung mechanisch durch die Positionierbewegung des Sensors ausgelöst wird. Bei Ausführung der Vorrichtung mit einer Parallelogrammführung ist zur Erzielung einer mechanischen Kopplung zwischen Positionierung und Ausrichtung des Sensors in einer vorteilhaften Weiterbildung an der Schwenkachse ein Stellelement befestigt, das mit einer an einem der Haltearme angeordneten Führungsbahn derartig in Reibkontakt steht, dass diese das Stellelement abhängig vom Winkel zwischen Haltearm und Tragelement auslenkt, um durch die so bewirkte Drehung der Schwenkachse den Sensor auszurichten. Der Verlauf der Führungsbahn bestimmt in diesem Fall, wie der Sensor in Abhängigkeit von dessen Position ausgerichtet wird. Um ein Material schonendes Zusammenwirken von Stellelement und Führungsbahn zu gewährleisten, kann in weiterhin vorteilhafter Weise am Stellelement ein für rollenden und/oder rutschenden Kontakt mit der Führungsbahn ausgebildetes Reibelement vorgesehen sein. Zur sicheren Führung des Stellelements an der Führungsbahn kann eine gegenüber dem Tragelement abgestützte Haltefeder derartig auf das Stellelement wirken, dass deren Rückstellkraft einen spielfreien Kontakt zwischen Stellelement und Führungsbahn gewährleistet. In vorteilhafter Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die mechanische Kopplung eine Überlastsicherung zum Schutz der Vorrichtung bei Kollisionen mit Hindernissen im Maschinenbetrieb. Die Überlastsicherung kann eine Sollbruchstelle umfassen, welche vorzugsweise durch einen die Schwenkachse gegenüber dem Stellelement arretierenden Spannstift bereitgestellt ist. Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Sensor mittels eines Auslegers an der Schwenkachse befestigt ist. Es können an dem Ausleger auch weitere mit dem Sensor zusammenwirkende Funktionselemente angeordnet sein. Vorteil einer Anordnung von zusätzlichen Funktionselementen an einem derartigen Ausleger ist, dass diese dann zusammen mit dem Sensor ausgerichtet werden. Ein eigener Antrieb zur Ausrichtung des Funktionselements entfällt daher. Dies ist insbesondere für Beleuchtungseinrichtungen zweckmäßig, die den Erntebestand ausleuchten, um auch bei Dunkelheit den Sensorbetrieb zu ermöglichen. Ganz allgemein kann die Vorrichtung zum Halten des Sensors je nach Einsatzzweck der Maschine an beliebiger Stelle der Erntemaschine angeordnet sein. Um den Sensor möglichst nahe an der Kante des Erntebestands anzuordnen, ist es vorteilhaft, den Sensor an einem Vorsatzgerät der Erntemaschine anzubringen. Die Vorrichtung lässt sich grundsätzlich für verschiedene Arten von Erntemaschinen nutzen. Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung jedenfalls bei der Ernte von hoch wachsenden Früchten wie Mais eingesetzt werden. Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand zweier schematischer Darstellungen sowie eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Hieraus ergeben sich auch weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung. In den Fig. zeigt:
Auf der in Fahrtrichtung gesehen linken Seite des Vorsatzgeräts 7 ist - schematisch dargestellt - eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 angeordnet. Diese dient dazu, einen berührungslosen Sensor 3 zu halten. Bei dem Sensor 3 handelt es sich bevorzugt um einen bildgebenden Sensor. Mittels der Vorrichtung 1 lässt sich der Sensor 3 in verschieden beabstandete Positionen in Bezug auf eine Längsmittelebene 5 der Erntemaschine 4 bringen. Diese seitliche Beweglichkeit des Sensors 3 ist durch den Doppelpfeil angedeutet. Bei der in Bei der in In Der Sensor 3 ist - wiederum durch Schwenken um die vertikale Schwenkachse 6 - nun in einem Winkel β nach außen bezogen auf die Längsmittelebene 5 der Erntemaschine 4 ausgerichtet. Der Sensor 3 kann auch in dieser Arbeitssituation den vor dem linken Rand des Vorsatzgeräts 7 liegenden Erntebestand 2 erfassen. Eine Bildauswertung zur relativen Positionsbestimmung der Erntemaschine 4 ist damit ebenfalls möglich. Mangels einer Bestandskante kann dazu zum Beispiel eine bildliche Auswertung von Pflanzenreihen erfolgen. Der Winkel β beträgt vorzugsweise 4°. In Der Ausleger 17 ist über eine Schwenkachse 6 gegenüber einem Tragelement 10 schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse 6 ist im angebauten Zustand der Vorrichtung 1 an eine Erntemaschine in etwa vertikal ausgerichtet (s. Das Tragelement 10 ist Teil einer Parallelogrammführung 8, welche weiterhin eine an eine (nicht gezeigte) Erntemaschine montierbare Konsole 9 sowie zwei parallel wirkende Haltearme 11, 12 umfasst. Die Haltearme 11, 12 sind an deren oberen Enden jeweils gelenkig mit dem Tragelement 10 und an deren unteren Enden jeweils gelenkig mit der Konsole 9 verbunden. Die Parallelogrammführung weist damit zwei obere Achsen 21, 22 und zwei untere Achsen 31, 32 auf, die jeweils den Haltearmen 11, 12 zugeordnet sind. Aufgrund der Parallelogrammführung lässt sich das Tragelement 10 gegenüber der Konsole 9 in verschiedene Positionen bringen, welche im angebauten Zustand an eine Erntemaschine eine unterschiedliche Beabstandung zur Längsmittelebene der Erntemaschine aufweisen. Dabei sorgt die Parallelogrammführung für eine horizontal gleichbleibende Ausrichtung des Tragelements 10 in den verschiedenen Positionen, so dass auch der Ausleger 17, an dem Sensor 3 und Beleuchtung 18 angeordnet sind, waagerecht orientiert bleibt. Aus Durch jede Bewegung der Parallelogrammführung, d.h. beim Verändern der Position des Sensors 3, ändert sich der Winkel zwischen Tragelement 10 und den Haltearmen 11, 12. Eine am Haltearm 11 angeordnete Führungsbahn 13 wird dazu genutzt, diese Relativbewegung in eine Schwenkbewegung der Schwenkachse 6 umzuwandeln. Dazu ist an der Schwenkachse 6, mit welcher der Ausleger 17 drehfest verbunden ist, ein Stellelement 14 befestigt. Ein von der Schwenkachse 6 beabstandeter Bereich des Stellelements 14 steht mit der Führungsbahn 13 derartig in Reibkontakt, dass die Führungsbahn 13 das Stellelement 14 abhängig vom Winkel zwischen Haltearm 11 und Tragelement 10 auslenkt. Durch die so bewirkte Drehung der Schwenkachse 6 wird auch der Ausleger 17 und der daran befestigte (in Zur Verminderung der Reibung ist am Stellelement 14 ein kugelförmiges Reibelement 15 vorgesehen, welches die Führungsbahn 13 kontaktiert. In vorteilhafter Ausführung rollt dieses an der Führungsbahn 13 ab. Die Führungsbahn 13 hat im gezeigten Ausführungsbeispiel einen wellenförmigen Verlauf. Im gezeigten Zustand gemäß Im weiteren Verlauf der Führungsbahn 13 folgt ein Wellenberg, der das Stellelement 14 so auslenken würde, dass der Sensor 3 - im eingebauten Zustand der Vorrichtung - nach außen ausgerichtet würde. Dies entspricht einer Position p2 des Sensors 3 (vgl. Durch ggf. andere Gestaltung der Führungsbahn 13 lassen sich ganz nach Bedarf selbstverständlich auch andere kinematische Zusammenhänge zwischen Schwenk- und Positionierbewegung des Sensors 3 erzeugen. Eine als Druckfeder ausgeführte Haltefeder 16 stützt sich gegenüber dem Halteelement 10 ab und wirkt derartig auf die dem Reibelement 15 gegenüberliegende Seite des Stellelements 14, dass deren Rückstellkraft einen spielfreien Kontakt zwischen Stellelement 14 (bzw. Reibelement 15) und Führungsbahn 13 gewährleistest. So sind Rückstellung sowie präzise Schwenkbewegung der Schwenkachse 6 sichergestellt. Zwischen Schwenkachse 6 und Stellelement 14 ist weiterhin eine Überlastsicherung vorgesehen. Dazu wird die drehfeste Verbindung zwischen Schwenkachse 6 und Stellelement 14 mittels eines Spannstifts 19 hergestellt, der für den Fall von Überlastungen als Sollbruchstelle dient. Schließlich zeigt In einer ersten Position p1 ("Rand-Position") ist der Sensor 3 am weitesten von der nicht mehr im Bild erfassten, jedoch linksseitig liegenden Längsmittelebene der Erntemaschine beabstandet. Der Sensor 3 ragt über den Seitenrand des Vorsatzgeräts 7 hinaus. In dieser Position p1 ist der Ausleger 17 - und damit die daran befestigte Kamera 3 und die Beleuchtung 18 - um die Schwenkachse 6 leicht nach innen, d.h. hin zur Längsmittelebene ausgerichtet. Eine Erntebestandskante kann daher von außen erfasst werden (vgl. schematische Ansicht aus In einer zweiten Position p2 ("Tunnel-Position") ist der Sensor 3 für den Durchstechbetrieb durch ein Feld nur noch so weit von der Längsmittelebene der Erntemaschine beabstandet, dass dieser nicht mehr seitlich über den Seitenrand des Vorsatzgeräts 7 hinausragt. Aufgrund der zuvor beschriebenen mechanischen Kopplung zwischen Positionierung und Ausrichtung sind nun Kamera 3 und Beleuchtung 18 um die Schwenkachse 6 leicht nach außen ausgerichtet (vgl. schematische Ansicht aus In schließlich einer dritten Position p3 ("Park-Position") ist der Sensor 3 am wenigsten beabstandet von der Längsmittelebene der Erntemaschine. Diese Position p3 kann beispielsweise für den Straßenbetrieb gewählt werden. Durch geeignete Ausbildung der Führungsbahn 13 ist der Ausleger 17 nun um die Schwenkachse 6 so gedreht (vgl.
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