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DE102017221134A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems Download PDF

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DE102017221134A1
DE102017221134A1 DE102017221134.2A DE102017221134A DE102017221134A1 DE 102017221134 A1 DE102017221134 A1 DE 102017221134A1 DE 102017221134 A DE102017221134 A DE 102017221134A DE 102017221134 A1 DE102017221134 A1 DE 102017221134A1
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mobile system
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trajectory
desired trajectory
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DE102017221134.2A
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Peter Hertkorn
Udo Schulz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to US16/764,556 priority patent/US20200278680A1/en
Priority to CN201880076190.1A priority patent/CN111373338A/zh
Priority to PCT/EP2018/081622 priority patent/WO2019101651A1/de
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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines mobilen Systems (200), aufweisend die Schritte:- Erfassen eines 3D-Profils einer vorausliegenden Fahrstrecke definierter Länge;- Ermitteln einer Solltrajektorie (ST) des mobilen Systems (200) und/oder eines Werkzeugs (210) des mobilen Systems (200) aufgrund des erfassten 3D-Profils; und- Definiertes Betreiben des mobilen Systems (200) unter Berücksichtigung der Solltrajektorie (ST) entlang der Fahrstrecke.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Systems. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.
  • Stand der Technik
  • Bekannt sind Kamerasysteme, die in Fahrassistenzsysteme von Fahrzeugen eingebunden sind. Bei stereoskopischen Kameras werden zwei oder mehr Bilder der gleichen Szene von verschiedenen Kamerapositionen aus aufgenommen. Aus der Lage eines bestimmten Szenepunktes in mindestens zwei Bildern lässt sich eine räumliche Position mit Kenntnis von intrinsischen und extrinsischen Kalibrierungsparametern der Kamera bestimmen.
  • Mit derartigen Kameras ist es möglich, eine sehr genaue 3D-Oberflächenprofilkarte („Disparitätskarte“) des Bodens im Sichtfeld der Kamera zu erstellen.
  • Prinzipiell lassen sich zur Erstellung derartiger Oberflächenprofilkarten auch abstandsmessende Systeme verwenden, wie z.B. scannende Lidar-Systeme, Time-of-Flight-Kameras, usw.
  • Insbesondere in der Feldwirtschaft halten zunehmend GPS-gestützte automatische Lenksysteme Einzug. Diese helfen auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen und/oder ungeübten Fahrern, die volle Arbeitsbreite zu nutzen und Überlappungen von Arbeitsbereichen bestmöglich zu vermeiden.
  • Um die Präzision zu erhöhen, müssen die Ungenauigkeiten durch Laufzeitstörungen in der Tropo- und Ionosphäre, Bahnen- und Uhrenfehler von Satelliten mittels so genannter RTK (Real Time Kinematik) Korrektursignale korrigier werden.
  • Die Erfassung der GPS-Daten setzt voraus, dass die genaue Lage der Antenne bekannt ist. Diese befindet sich in der Regel in der Mitte eines Führerhausdaches der Landmaschine. Zwischen der ermittelten und der tatsächlichen Position der Landmaschine über Grund können Abweichungen bestehen (z.B. aufgrund von Neigung, Bewegungsrichtung, und deren Änderungen, usw.), die zum Beispiel mittels Beschleunigungssensoren und Gyroskopen gemessen werden können.
  • Ein Zusammenführen und Verarbeiten der GPS-, RTK, Beschleunigungs- und Gyroskop-Daten erfolgt im sogenannten „Steering-Controller“ oder auch in der IMU (engl. Inertial Measurement Unit). Dabei werden zum Beispiel Kalman-Filter verwendet. Letztlich werden hydraulische Stellglieder von Werkzeugen und/oder ein Servo am Lenkrad, usw. angesteuert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines mobilen Systems bereit zu stellen.
  • Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines mobilen Systems, aufweisend die Schritte:
    • - Erfassen eines 3D-Profils einer vorausliegenden Fahrstrecke definierter Länge;
    • - Ermitteln einer Solltrajektorie des mobilen Systems und/oder eines Werkzeugs des mobilen Systems aufgrund des erfassten 3D-Profils; und
    • - Definiertes Betreiben des mobilen Systems unter Berücksichtigung der Solltrajektorie entlang der Fahrstrecke.
  • Vorteilhaft kann auf diese Weise in Kenntnis eines genauen dreidimensionalen Oberflächenprofils der vorausliegenden Fahrstrecke des mobilen Systems bzw. eines Fahrzeugs eine definierte Handlung mit dem Fahrzeug vorgenommen werden. Insbesondere kann in Kenntnis des hochgenauen dreidimensionalen Oberflächenprofils eine prädizierte Trajektorie des Fahrzeugs ermittelt werden, die dann unter Berücksichtigung von Mechanik, Kinematik, Hydraulik, usw. eine Steuerung wenigstens eines Aktors des mobilen Systems bzw. des Fahrzeugs vornimmt. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine von Unebenheiten und Welligkeiten des Bodens unabhängige Arbeitsweise des mobilen Systems unterstützt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems, aufweisend:
    • - eine Sensoreinrichtung zur dreidimensionalen Erfassung eines Umfelds des mobilen Systems; und
    • - eine Prädiktionseinrichtung, die ausgebildet ist, anhand des dreidimensional erfassten Umfelds eine Solltrajektorie für das mobile System und/oder ein Werkzeug des mobilen Systems zu prädizieren; und
    • - eine Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, das mobile System und/oder das Werkzeug des mobilen Systems entsprechend der Solltrajektorie zu steuern.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass folgendes durchgeführt wird:
    • - Prädizieren von Trajektorien von Rädern des mobilen Systems und/oder des Werkzeugs des mobilen Systems;
    • - Ermitteln einer prädizierten Abweichung von der prädizierten Solltrajektorie; und
    • - Ermitteln von Vorsteuerwerten für ein prädiktives Aktuatormanagement.
  • Auf diese Weise wird in Kenntnis des hochgenauen 3D-Profils ein prädiktives Aktuatormanagement gesteuert, welches vorausliegende Unebenheiten bzw. Inhomogenitäten der Fahrspur für das mobile System bestmöglich berücksichtigt bzw. ausgleicht. Das Aktuatormanagement kann ein Management für ein Werkzeug bzw. eine Steuerung eines Werkzeugs des mobilen Systems umfassen.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass für das Werkzeug wenigstens eines aus Folgendem verstellt wird: Höhe, Ausrichtung, Neigung. Auf diese Weise kann das Werkzeug des mobilen Systems bestmöglich an die Topologie der vorausliegenden Fahrspur angepasst betrieben werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass für den Fall, dass mittels der Solltrajektorie für das Werkzeug nicht ausreichend eingehalten werden kann, auch in eine Lenkung des mobilen Systems eingegriffen wird. Dadurch kann für das mobile System ein noch besserer Ausgleich der Unebenheiten der vorausliegenden Fahrspur realisiert werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zur Erfassung des 3D-Profils wenigstens eines aus Folgendem verwendet wird: Lidar, Radar, 3D-Kamera, Time-of-flight-Kamera. Dadurch können Sensoreinrichtungen verwendet werden, die aufgrund ihrer Erfassungscharakteristik bestmöglich an das zu erfassende Umfeld angepasst sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass aus einem Kamerabild Eigenbewegungen des mobilen Systems herausgerechnet werden. Auf diese Weise können aus dem Bild vorteilhaft Wackelstörungen herausgerechnet werden, wodurch ein ruhiges Bild bereitgestellt wird, welches für die nachfolgende Ermittlung der prädizierten Bewegungen von Aktuatoren vorteilhaft ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Profil in einem Arbeitsbereich des Werkzeugs erfasst wird. Auf diese Weise wird eine effiziente 3D-Erfassung des Umfelds des mobilen Systems durchgeführt, wodurch Rechenkapazität effektiv eingesetzt wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Ermittlung der Solltrajektorie und ein Ermitteln von entsprechenden Aktuatordaten mittels eines einzigen Steuergeräts durchgeführt werden. Dadurch können vorteilhaft Latenzzeiten reduziert werden, wodurch die Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens möglichst schnell möglich ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das Verfahren zum Betreiben eines mobilen Systems in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen der Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems ergeben und umgekehrt.
  • In den Figuren zeigt:
    • 1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems;
    • 2 ein prinzipielles Systembild zum Erläutern einer Wirkungsweise des vorgeschlagenen Verfahrens;
    • 3 drei Abbildungen zur Erläuterung einer prinzipiellen Wirkungsweise einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens;
    • 4 eine weitere Darstellung zur Erläuterung einer prinzipiellen Wirkungsweise einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens;
    • 5 eine weitere Darstellung zur Erläuterung einer prinzipiellen Wirkungsweise einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens; und
    • 6 ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Ein Kerngedanke der Erfindung ist es insbesondere, ein verbessertes Betreiben eines mobilen Systems bereitzustellen. Dabei ist vorgesehen, eine Erfassung von Bodenunebenheiten einer zukünftigen bzw. vorausliegenden Fahrspur des mobilen Systems vorzunehmen und darauf basierend eine rechtzeitige/prädiktive Vorsteuerung von Elementen (Lenkung und/oder Werkzeuge) des mobilen Systems durchzuführen, um Regelungsabweichungen bezüglich der GPS-Position zu verringern. Die dadurch erreichte höhere Präzision von Arbeitsvorgängen und Spurtreue führt vorteilhaft zu mehr Ertrag, einer geringeren Bodenflächenverdichtung und einer größeren Akzeptanz von GPSbasierten Assistenzsystemen des mobilen Systems.
  • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Betreiben eines mobilen Systems 200, beispielsweise in Form einer Landmaschine, einer Baumaschine, usw. Das genannte mobile System 200 kann dabei sowohl manuell gesteuert als auch automatisiert bzw. teilautomatisiert, autonom oder teilautonom ausgebildet sein. Das mobile System kann dabei sowohl ein während des Fahrens zur Bearbeitung einer Landschaftsoberfläche genutztes Werkzeug aufweisen als auch werkzeuglos ausgebildet sein.
  • Man erkennt eine Sensoreinrichtung 10 zum Erfassen eines 3D-Umgebungsprofils vor dem mobilen System 200, die funktional mit einer Prädiktionseinrichtung 20 zum Ermitteln einer prädizierten Trajektorie für das mobile System 200 verbunden ist. Die Prädiktionseinrichtung 20 ermittelt die prädizierte Trajektorie („Solltrajektorie“) basierend auf Daten des erfassten 3D-Umgebungsprofils. Die Prädiktionseinrichtung 20 ist funktional mit einer Steuerungseinrichtung 30 verbunden, mittels der wenigstens ein Aktor des mobilen Systems 200 entsprechend dem erfassten dreidimensionalen Profils angesteuert wird.
  • Dies bedeutet beispielsweise, dass Aktoren derart gesteuert werden, dass das mobile System 200 möglichst spurtreu geführt wird. Ferner kann darunter verstanden werden, dass ein Werkzeug des mobilen Systems 200, z.B. ein Mähwerk, Bauwerkzeug, usw., welches funktional mit dem mobilen System 200 verbunden ist, in Kenntnis des dreidimensionalen Oberflächenprofils prädiktiv vorgesteuert wird und dadurch gleichmäßiger und damit effizienter agieren kann.
  • Je nach Anwendungsfall, z.B. GPS-genaues Lenken, GPS-genaues Arbeiten usw., kann das Streckenmodell des Systems vom GPS-Empfang bis zum Stellglied (z.B. Rad, Werkzeug) für das mobile System 200 bereits vorab zur Verfügung stehen oder zur Laufzeit des mobilen Systems 200 angewendet werden.
  • Wie oben erwähnt, kann mittels abstandsmessender Verfahren eine 3D-Oberflächprofilkarte mit Kompensation der Eigenbewegung des mobilen Systems 200 erstellt werden. Die dazu erforderlichen Sensoren sind entsprechend im Frontbereich des mobilen Systems 200 verbaut. Bei Landschaftsoberflächen mit Pflanzenbewuchs wird z.B. mittels Merkmalsextraktions- und optional Objektklassifikationsverfahren die Freifläche (in der Regel Ackerfurchen oder feste Fahrspuren) erkannt und als solche als prinzipiell befahrbare Fläche gekennzeichnet.
  • Aus der vorgegebenen GPS-Spur oder Eigenbewegung des mobilen Systems 200 und der 3D-Oberflächenprofilkarte lässt sich die Trajektorie für jedes Rad bzw. jedes Werkzeug des mobilen Systems 200 prädizieren.
  • Insbesondere durch Bodenbearbeitung, Fahrrinnen, Auswaschungen, Bodensetzungen, natürliche Unebenheiten, usw. kann es zu abrupten Höhenänderungen in den Rad- bzw. Werkzeug-Spuren damit zu unerwünschten Roll-, und/oder Nick- und/oder Gier-Momenten kommen.
  • In der Regel fahren als Landmaschinen ausgebildete mobile Systeme 200 bezüglich der durchzuführenden Prozesse möglichst immer in den gleichen Spuren, um möglichst wenig Bodenfläche zu verdichten und möglichst keine Pflanzen zu beschädigen. Dabei wird die 3D-Oberflächenprofilkarte durch das Eigengewicht des Fahrzeugs/der Maschine nicht wesentlich verändert. Bei erstmaliger Überfahrt (z.B. durch zuvor gepflügten/gelockerten Boden, nicht vorhandenen Fahrspuren oder Ackerfurchen) kann auf dem ersten Streckenabschnitt die nachträgliche Bodenverdichtung gelernt werden oder ist vorab appliziert. Diese Bodenverdichtung kann z.B. in der 3D-Oberflächenprofilkarte mit berücksichtigt werden.
  • Denkbar ist auch, die mittels der Sensoreinrichtung 10 ermittelte 3D-Oberflächenprofilkarte zu speichern und anderen Fahrzeugen/Maschinen optional über Cloud/Backendvorrichtungen zur Verfügung zu stellen.
  • Zusammen mit dem Streckenmodell des Systems lassen sich auf diese Weise die Roll-, Nick- und Gier-Momente prädiktiv bestimmen und je nach zeitlichem und/oder örtlichem Abstand zu prädiktiven Störungen (Roll-, Nick- und Gier-Momenten) die Regler für die Lenkung des mobilen Systems 200 und/oder Führung der Werkzeuge des mobilen Systems 200 entsprechend vorsteuern. Dies führt insbesondere bei schweren und damit trägen Fahrzeugen bzw. Maschinen vorteilhaft zu geringeren minimalen und maximalen Abweichungen von der gewünschten Trajektorie der Fahrzeuge und/oder Werkzeuge der Fahrzeuge.
  • Durch Toleranzen, Driften usw. in der Regelstrecke noch bestehende Regelabweichungen können gelernt werden und mit in die Vorsteuerung einbezogen werden.
  • Die prädizierten und/oder realen Daten können optional in Karten gespeichert werden und für die nächste Überfahrt des gleichen oder anderer Fahrzeuge und Maschinen, zum Beispiel in deren prädiktiven Steuerungen nutzen.
  • Um die Genauigkeit der Regelung und Echtzeitfähigkeit des vorgeschlagenen Systems zu optimieren, wird ein Integrationsansatz mit einem einzigen elektronischen Steuergerät (z.B. Mikrocontroller/Mikroprozesse und ASIC/DSP) bevorzugt, weil dieser Ein-Steuergerät-Ansatz hinsichtlich Jitter und Latenzen in der gesamten Regelung Vorteile gegenüber Ansätzen mit mehreren Steuergeräten aufweist.
  • Insbesondere Sensordatenfusionen und Algorithmen als auch Bildbearbeitungsalgorithmen und 3D-Karten erfordern die Ausführung der Software auf hochleistungsfähigen, hochintegrierten Mikrocontrollern/Mikroprozessoren und ASICs/DSPs.
  • 2 zeigt eine systemische Übersichtsdarstellung des vorgeschlagenen Verfahrens.
  • In einem Schritt 300 wird eine Sensoreinrichtung 10 in Form von Umgebungssensoren zur dreidimensionalen Erfassung des Oberflächenprofils vor dem mobilen System 200 bereitgestellt, beispielsweise eine oder mehrere 3D-Kameras, Time-of-flight-Kameras usw., die in einem Schritt 310 zum Erstellen eines hochaufgelösten 3D-Oberflächenprofils verwendet werden. Dabei entspricht ein Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung 10 im Wesentlichen einem Arbeitsbereich des Werkzeugs 210 des mobilen Systems 200. In einem nachfolgenden Schritt 320 erfolgt eine Prädiktion der Solltrajektorie von Fahrzeugrädern und/oder Werkzeugen des mobilen Systems 200. In einem Schritt 330 erfolgt ein Ermitteln einer prädizierten Abweichung von der prädizierten Solltrajektorie.
  • In einem Schritt 340 erfolgt eine Ermittlung von Vorsteuerwerten für ein prädiktives Aktuator-Management des mobilen Systems 200. In einem Schritt 350 erfolgt eine Ermittlung eines prädiktiven Stellgrößenanteils des jeweiligen Aktuators.
  • In einem Schritt 360 wird eine Kinematik und/oder Dynamik vom mobilen System und/oder dessen Werkzeug berücksichtigt. Ferner wird in einem Schritt 370 ein regelungstechnisches Übertragungsverhalten des Regelkreises/der Regelkreise der Arbeitsmaschine (Fahrzeug und Werkzeug) berücksichtigt.
  • 3 zeigt eine Erläuterung einer prinzipiellen Wirkungsweise des vorgeschlagenen Verfahrens. Dargestellt ist in drei Abbildungen a) bis c) jeweils ein mobiles System 200, welches als eine Landmaschine mit einem daran angeordneten Werkzeug 210 (z.B. ein Mähwerk) ausgebildet ist. Das mobile System 200 ermittelt mit einer geeigneten Sensorik eine 3D-Oberflächenprofilkarte der vorausliegenden Fahrstrecke und erfasst auf diese Weise Unebenheiten in Form von Erhebungen 1 und Vertiefungen 2. Aufgrund des ermittelten 3D-Oberflächenprofils wird eine Solltrajektorie ST für das Werkzeug 210 ermittelt und im Zuge des Abfahrens der Fahrspur wird das Werkzeug 210 entlang der Solltrajektorie ST verstellt.
  • Auf diese Weise befindet sich das Werkzeug 210 an den unebenen Stellen der Fahrspur aufgrund einer durchgeführten Vorsteuerung bereits in der „richtigen“ Position und kann auf diese Weise effektiv agieren. Dieses Prinzip ist in der Abbildung b) auch für Vertiefungen 2 dargestellt und in der Abbildung c) für Erhöhungen 1 und Vertiefungen 2.
  • Selbstverständlich kann dieses Prinzip auch für ein mobiles System 200 ohne Werkzeuge 210 benutzt werden. In diesem Fall werden Aktoren des mobilen Systems 200 zum Ausgleich der Unebenheiten 1, 2 verwendet, so dass das mobile System 200 möglichst unbeeinflusst von den Unebenheiten einer vorgegebenen Fahrspur folgt.
  • 4 zeigt ein weiteres Beispiel der Funktionsweise des vorgeschlagenen Verfahrens, wobei in diesem Falle das Werkzeug 210 einem Verlauf von Erhebungen 1 folgt, so dass auf diese Weise z.B. ein Spritzwerkzeug in einer definierten Höhe oberhalb eines Getreidebestandes eines Feldes geführt wird.
  • 5 zeigt einen weiteren Fall, wobei in diesem Fall das mobile System 200 entlang der Fahrspur aufgrund von Erhebungen 1 und Vertiefungen 2 immer wieder verkippt. Mittels der prädizierten Ermittlung der Solltrajektorie ST für das Werkzeug 210 kann dieses trotzdem immer in der vorgesehenen waagrechten Arbeitsposition verbleiben und dadurch effektiv agieren.
  • 6 zeigt einen prinzipiellen Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens.
  • In einem Schritt 400 wird ein Erfassen eines 3D-Profils einer vorausliegenden Fahrstrecke definierter Länge durchgeführt.
  • In einem Schritt 410 wird ein Ermitteln einer Solltrajektorie ST des mobilen Systems 200 und/oder eines Werkzeugs 210 des mobilen Systems 200 aufgrund des erfassten 3D-Profils durchgeführt.
  • In einem Schritt 420 wird ein definiertes Betreiben des mobilen Systems 200 unter Berücksichtigung der prädizierten Trajektorie ST entlang der Fahrstrecke durchgeführt.
  • Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren als eine Software implementieren, die beispielsweise auf der Vorrichtung 100 mit der Sensoreinrichtung 10, der Prädiktionseinrichtung 20 und der Steuerungseinrichtung 30 abläuft. Eine einfache Adaptierbarkeit des Verfahrens ist auf diese Weise unterstützt.
  • Der Fachmann wird die Merkmale der Erfindung in geeigneter Weise abändern und/oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines mobilen Systems (200), aufweisend die Schritte: - Erfassen eines 3D-Profils einer vorausliegenden Fahrstrecke definierter Länge; - Ermitteln einer Solltrajektorie (ST) des mobilen Systems (200) und/oder eines Werkzeugs (210) des mobilen Systems (200) aufgrund des erfassten 3D-Profils; und - Definiertes Betreiben des mobilen Systems (200) unter Berücksichtigung der Solltrajektorie (ST) entlang der Fahrstrecke.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei folgendes durchgeführt wird: - Prädizieren von Trajektorien von Rädern des mobilen Systems (200) und/oder des Werkzeugs (210) des mobilen Systems (200); - Ermitteln einer prädizierten Abweichung von der prädizierten Solltrajektorie; und - Ermitteln von Vorsteuerwerten für ein prädiktives Aktuatormanagement.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei für das Werkzeug (210) wenigstens eines aus Folgendem verstellt wird: Höhe, Ausrichtung, Neigung.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den Fall, dass die Solltrajektorie (ST) für das Werkzeug (210) nicht ausreichend eingehalten werden kann, auch in eine Lenkung des mobilen Systems (200) eingegriffen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Erfassung des 3D-Profils wenigstens eines aus Folgendem verwendet wird: Lidar, Radar, 3D-Kamera, Time-of-flight-Kamera.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus einem Kamerabild Eigenbewegungen des mobilen Systems (200) herausgerechnet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 3D-Profil in einem Arbeitsbereich des Werkzeugs (210) erfasst wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung der Solltrajektorie (ST) und ein Ermitteln von entsprechenden Aktuatordaten mittels eines einzigen Steuergeräts durchgeführt werden.
  9. Vorrichtung (100) zum Betreiben eines mobilen Systems (200), aufweisend: - eine Sensoreinrichtung (10) zur dreidimensionalen Erfassung eines Umfelds des mobilen Systems (200); und - eine Prädiktionseinrichtung (20), die ausgebildet ist, anhand des dreidimensional erfassten Umfelds eine Solltrajektorie (ST) für das mobile System (200) und/oder ein Werkzeug (210) des mobilen Systems (200) zu prädizieren; und - eine Steuerungseinrichtung (30), die ausgebildet ist, das mobile System (200) und/oder das Werkzeug (210) des mobilen Systems (200) entsprechend der Solltrajektorie (ST) zu steuern.
  10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn es auf einer elektronischen Vorrichtung (100) zum Betreiben eines mobilen Systems (200) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
DE102017221134.2A 2017-11-27 2017-11-27 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines mobilen Systems Pending DE102017221134A1 (de)

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BR112020010365-9A BR112020010365A2 (pt) 2017-11-27 2018-11-16 processo e dispositivo para operação de um sistema móvel
US16/764,556 US20200278680A1 (en) 2017-11-27 2018-11-16 Method and Device for Operating a Mobile System
CN201880076190.1A CN111373338A (zh) 2017-11-27 2018-11-16 用于操作移动系统的方法和设备
PCT/EP2018/081622 WO2019101651A1 (de) 2017-11-27 2018-11-16 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines mobilen systems

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021061943A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01 Cnh Industrial America Llc System and method for determining soil levelness using spectral analysis
US20210129853A1 (en) * 2019-10-30 2021-05-06 Deere & Company Predictive machine control
DE102020111958A1 (de) 2020-05-04 2021-11-04 Amazonen-Werke H. Dreyer SE & Co. KG Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungspfads für eine Landmaschine

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11641800B2 (en) 2020-02-06 2023-05-09 Deere & Company Agricultural harvesting machine with pre-emergence weed detection and mitigation system
US11467605B2 (en) 2019-04-10 2022-10-11 Deere & Company Zonal machine control
US12069978B2 (en) 2018-10-26 2024-08-27 Deere & Company Predictive environmental characteristic map generation and control system
US11079725B2 (en) 2019-04-10 2021-08-03 Deere & Company Machine control using real-time model
US11672203B2 (en) 2018-10-26 2023-06-13 Deere & Company Predictive map generation and control
US11957072B2 (en) 2020-02-06 2024-04-16 Deere & Company Pre-emergence weed detection and mitigation system
US11653588B2 (en) 2018-10-26 2023-05-23 Deere & Company Yield map generation and control system
US11589509B2 (en) 2018-10-26 2023-02-28 Deere & Company Predictive machine characteristic map generation and control system
US11778945B2 (en) 2019-04-10 2023-10-10 Deere & Company Machine control using real-time model
US12035648B2 (en) 2020-02-06 2024-07-16 Deere & Company Predictive weed map generation and control system
US11558993B2 (en) * 2020-03-26 2023-01-24 Cnh Industrial America Llc Soil monitoring system for an agricultural tillage implement
US11477940B2 (en) 2020-03-26 2022-10-25 Deere & Company Mobile work machine control based on zone parameter modification
US11635765B2 (en) 2020-10-09 2023-04-25 Deere & Company Crop state map generation and control system
US11845449B2 (en) 2020-10-09 2023-12-19 Deere & Company Map generation and control system
US11871697B2 (en) 2020-10-09 2024-01-16 Deere & Company Crop moisture map generation and control system
US11874669B2 (en) 2020-10-09 2024-01-16 Deere & Company Map generation and control system
US11844311B2 (en) 2020-10-09 2023-12-19 Deere & Company Machine control using a predictive map
US11946747B2 (en) 2020-10-09 2024-04-02 Deere & Company Crop constituent map generation and control system
US11650587B2 (en) 2020-10-09 2023-05-16 Deere & Company Predictive power map generation and control system
US11592822B2 (en) 2020-10-09 2023-02-28 Deere & Company Machine control using a predictive map
US11889788B2 (en) 2020-10-09 2024-02-06 Deere & Company Predictive biomass map generation and control
US12013245B2 (en) 2020-10-09 2024-06-18 Deere & Company Predictive map generation and control system
US11864483B2 (en) 2020-10-09 2024-01-09 Deere & Company Predictive map generation and control system
US11983009B2 (en) 2020-10-09 2024-05-14 Deere & Company Map generation and control system
US11849671B2 (en) 2020-10-09 2023-12-26 Deere & Company Crop state map generation and control system
US11675354B2 (en) 2020-10-09 2023-06-13 Deere & Company Machine control using a predictive map
US11849672B2 (en) 2020-10-09 2023-12-26 Deere & Company Machine control using a predictive map
US12178158B2 (en) 2020-10-09 2024-12-31 Deere & Company Predictive map generation and control system for an agricultural work machine
US11825768B2 (en) 2020-10-09 2023-11-28 Deere & Company Machine control using a predictive map
US11474523B2 (en) 2020-10-09 2022-10-18 Deere & Company Machine control using a predictive speed map
US11927459B2 (en) 2020-10-09 2024-03-12 Deere & Company Machine control using a predictive map
US12069986B2 (en) 2020-10-09 2024-08-27 Deere & Company Map generation and control system
US11711995B2 (en) 2020-10-09 2023-08-01 Deere & Company Machine control using a predictive map
US11895948B2 (en) 2020-10-09 2024-02-13 Deere & Company Predictive map generation and control based on soil properties
US11727680B2 (en) 2020-10-09 2023-08-15 Deere & Company Predictive map generation based on seeding characteristics and control
US11889787B2 (en) 2020-10-09 2024-02-06 Deere & Company Predictive speed map generation and control system
US12127500B2 (en) 2021-01-27 2024-10-29 Deere & Company Machine control using a map with regime zones
US12082531B2 (en) 2022-01-26 2024-09-10 Deere & Company Systems and methods for predicting material dynamics
US12058951B2 (en) 2022-04-08 2024-08-13 Deere & Company Predictive nutrient map and control

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69402724T2 (de) * 1993-01-05 1997-12-11 Sfim Ind Führungsanlage
DE10227484A1 (de) * 2002-06-19 2004-02-26 Claas Selbstfahrende Erntemaschinen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Lagesteuerung eines Erntegutaufnahmegerätes landwirtschaftlicher Erntemaschinen
DE102007053311A1 (de) * 2007-06-21 2008-12-24 Robert Bosch Gmbh Ansteuersystem für ein Roboterfahrzeug
DE102014208070A1 (de) * 2014-04-29 2015-12-17 Deere & Company Die Fahrzeugdynamik berücksichtigendes Kontrollsystem zur Positionssteuerung eines Geräts für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug
DE102016208368A1 (de) * 2016-05-17 2017-11-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren, Vorrichtung und ein mobiles Anwendergerät zum Erzeugen einer Fahrerinformation im Zusammenhang mit zumindest einem Geländeartefakt

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155775A (en) * 1988-10-13 1992-10-13 Brown C David Structured illumination autonomous machine vision system
WO2007051972A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-10 Qinetiq Limited Navigation system
DE102012202916A1 (de) * 2012-02-27 2013-08-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs
JP6321532B2 (ja) * 2014-11-28 2018-05-09 株式会社デンソー 車両の走行制御装置
FR3039904B1 (fr) * 2015-08-07 2019-06-14 Institut De Recherche Technologique Jules Verne Dispositif et procede pour la detection d’obstacles adaptes a un robot mobile
US10435072B2 (en) * 2017-03-17 2019-10-08 Ford Global Technologies, Llc Road camber compensation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69402724T2 (de) * 1993-01-05 1997-12-11 Sfim Ind Führungsanlage
DE10227484A1 (de) * 2002-06-19 2004-02-26 Claas Selbstfahrende Erntemaschinen Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Lagesteuerung eines Erntegutaufnahmegerätes landwirtschaftlicher Erntemaschinen
DE102007053311A1 (de) * 2007-06-21 2008-12-24 Robert Bosch Gmbh Ansteuersystem für ein Roboterfahrzeug
DE102014208070A1 (de) * 2014-04-29 2015-12-17 Deere & Company Die Fahrzeugdynamik berücksichtigendes Kontrollsystem zur Positionssteuerung eines Geräts für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug
DE102016208368A1 (de) * 2016-05-17 2017-11-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren, Vorrichtung und ein mobiles Anwendergerät zum Erzeugen einer Fahrerinformation im Zusammenhang mit zumindest einem Geländeartefakt

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021061943A1 (en) * 2019-09-25 2021-04-01 Cnh Industrial America Llc System and method for determining soil levelness using spectral analysis
US20210129853A1 (en) * 2019-10-30 2021-05-06 Deere & Company Predictive machine control
US11904871B2 (en) * 2019-10-30 2024-02-20 Deere & Company Predictive machine control
DE102020111958A1 (de) 2020-05-04 2021-11-04 Amazonen-Werke H. Dreyer SE & Co. KG Verfahren zum Ermitteln eines Bewegungspfads für eine Landmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
CN111373338A (zh) 2020-07-03
BR112020010365A2 (pt) 2020-11-10
US20200278680A1 (en) 2020-09-03
WO2019101651A1 (de) 2019-05-31

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