Alexander Kirchbeck Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH Alexander Kirchbeck absolvierte von 2003 bis 2006 ein duales Studium in Kooperation mit der Firma Claas zum Diplom Wirtschaftsingenieur (BA). Daran schloß sich ein Masterstudium mit einem agrarwissenschaftlichen Abschluss (M.sc.agr.) in der Fachrichtung Agrartechnik an der Universität Hohenheim an. Seit 2008 arbeitet Alexander Kirchbeck bei der Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH als Produktmanager für den Selbstfahrenden Feldhäcksler Jaguar.
Kameragestützte Automatisierungslösungen im Feldhäcksler Einführung Die Erntezeit ist geprägt durch lange Arbeitstage und damit einhergehende hohe Belastungen für den Fahrer, unter anderem dadurch, dass kontinuierlich auf ein nebenherfahrendes Fahrzeug übergeladen werden muss. Neben der Überwachung und Optimierung der eigenen Maschinen muss aus diesem Grund auch immer eine Abstimmung mit dem nebenherfahrenden Fahrzeug erfolgen, um eine optimale Ausladung des Transportfahrzeugs und einen verlustfreien Überladeprozess zu gewährleisten. Abb. 1: Erntesituation mit kontinuierlicher Überladung auf ein Transportfahrzeug (Quelle: Claas) Aus diesen oben genannten Gründen sind insbesondere beim Feldhäcksler Automatisierungslösungen gefragt, mit denen dem Fahrer Routinetätigkeiten abgenommen werden können. Auto Fill ist eine solche Automatik, die den nebenherfahrenden Wagen selbsttätig belädt. Im Rahmen dieses Vortrages soll auf die kameragestützte Wagenbefüllung eingegangen werden. Hierzu wird zunächst der Stand der Technik in Bezug auf die Verwendung von Kamerasystemen und in Bezug auf Automatisierungslösungen für die Steuerung des Auswurfkrümmers vorgestellt. Stand der Technik Zum Stand der Technik bezüglich Kamerasystemen auf Landmaschinen gehören einfache Anwendungen, die von jedem Hersteller in unterschiedlicher Spezifikation angeboten werden. Teilweise ist die Anzeige des Kamerabildes in das zentrale Maschinenterminal integriert, in anderen Fällen wird ein separater Monitor gewählt. Bezogen auf den Feldhäcksler haben sich Bildanzeigesysteme für die Rückwärtsfahrt und im Bereich des Auswurfkrümmers zur Beobachtung des Befüllvorgangs etabliert. Hier gibt es ebenfalls die Möglichkeit, das Kamerabild per Funk an den Abfahrer zu senden.
Abb. 2: Bildanzeige über Zusatzmonitor (Quelle: Claas) Zum Stand der Technik im Bereich der Auswurfkrümmersteuerung zählt die Möglichkeit, verschiedene Auswurfkrümmerpositionen abzuspeichern und auf Knopfdruck anzufahren. Dies ist vor allem am Vorgewende als Entlastung für den Fahrer zu sehen, da der Krümmer beim Auf und Abfahren im Feld automatisch die Seite wechselt. Eine automatisierte Auswurfkrümmerablage erleichtert zudem die Vorbereitung der Straßenfahrt. Entwicklungsziele und Kundennutzen des Auto Fill Systems Ziel der Entwicklung von Auto Fill war die Generierung eines besonderen Kundennutzens dadurch, dass der Fahrer von der feldhäckslertypischen Routinetätigkeit des Überladens entlastet werden kann. Die Vorteile, die ein solches System bringen, lauten wie folgt: Sicherstellung einer optimalen Ausladung der Transportfahrzeuge für minimierte Transportkosten Verminderung von Ernteverlusten beim Befüllen Verminderung des Risikos von Maschinenschäden durch Unachtsamkeiten beim Parallelfahren Zeit für den Fahrer zur optimierten Einstellung der Maschine für ein optimales Arbeitsergebnis Aufbau und Systemintegration des Auto Fill Systems Die wichtigsten Komponenten des Systems umfassen: 3D Kamera Anzeigemonitor Zusätzliche Beleuchtungseinrichtungen am Auswurfkrümmer Sensorik zur Positionsbestimmung des Auswurfkrümmers und der Auswurfklappe Das System ist vollständig in die bestehende CAN BUS Architektur integriert. Somit ist eine bequeme Aktivierung über den Multifunktionsgriff (MFL) möglich. Weiterhin können Einstellung direkt im CEBIS Maschinenterminal vorgenommen werden.
Abb. 3: Einbindung des Systems in die CAN BUS Architektur des Feldhäckslers (Quelle: Claas) Die Kamera arbeitet als autonomes System (embedded), die Bildauswertung findet daher innerhalb der Software der Kamera statt. Die Lenksignale, die in der Kamerasoftware generiert werden, gehen über den CAN BUS auf das Vehicle Basis Modul (VBM), welches die Steuerung des Auswurfkrümmers übernimmt. Das Kamerasystem basiert auf dem Prinzip der digitalen 3D Bildanalyse. Durch Auswertung von 2 zeitgleich aufgenommenen Kamerabildern des nebenherfahrenden Abfuhrwagens ist das System in der Lage, sowohl den Abstand des Wagens zur Kamera, die Außenkanten als auch den Befüllgrad an jeder Stelle des Wagens zu ermitteln. Das System überwacht den Schüttkegelaufbau auf dem Anhänger und verschwenkt den Krümmer entsprechend einer optimalen Befüllung. Grüne Punkte symbolisieren dabei Bereiche in denen noch Befüllung stattfinden soll, wohingegen rote Punkte einen ausreichenden Befüllgrad anzeigen. Die 3-D Technologie der Kamera ermöglicht eine sichere Detektion von unterschiedlichen Höhen auf dem Wagen. Abb. 4: Automatische Wagenbefüllung mit Füllstandsanzeige auf dem Wagen (Quelle: Claas) Bedienkonzept für den Anwender Die Befüllautomatik ist in die bestehende Bedienung eingebettet. Der Maschinenführer hat das System grundsätzlich über eine Monitoranzeige im Blick. Auto Fill kann über den Multifunktionsgriff aktiviert werden, sobald ein Wagen in die Nähe des Auswurfkrümmers kommt.
Abb. 5: Integration des Systems in das Maschinenterminal und Aktivierung über den Multifunktionsgriff (Quelle: Claas) Auch nach einer Wende am Feldende bleibt das System aktiv, solang keine Übersteuerung durch den Fahrer erfolgt (Status Auto Passiv). Wird ein Wagen erkannt, setzt die Steuerung automatisch wieder ein (Status Auto Active). Abb. 6: Auto Passive Modus am Feldende beim Wagenwechsel (Quelle: Claas) Ist der maximale Füllgrad des Wagens erreicht, bekommt der Fahrer ein akustisches Signal und eine Warnmeldung. Um auch bei Nacht und unter staubigen Bedingungen einen sicheren Betrieb zu ermöglichen, sind zusätzliche Beleuchtungseinrichtungen installiert worden. Zusammenfassung und Ausblick Mit dem AUTO FILL System ist erstmal eine vollautomatische Wagenbefüllung im Häckseleinsatz möglich. Damit wird der Fahrer von einer körperlich anstrengenden Routinearbeit an langen Einsatztagen wirksam entlastet. Die Vorteile einer 3-D Bildauswertung gegenüber anderen Ansätzen waren bei dieser Entwicklung die folgenden: Dem Fahrer kann ein kontinuierliches Bild über die Befüllung und den Arbeitszustand des Systems angezeigt werden. Die 3-D Technologie macht eine sichere Erkennung von Tiefe auch bei wechselnden Wagengrößen möglich. Der Komponentenumfang ist gegenüber anderen Automatisierungsansätzen überschaubar, zumal vielfach Monitorsysteme auf den Maschinen vorhanden sind. Bildgebende Verfahren zur Steuerung von Arbeitsaufgaben in der Landwirtschaft werden weiter zunehmen. Ihr großer Vorteil liegt darin, dass sie vergleichweise robust ausgelegt werden können und industrieerprobt verfügbar sind.