ПЕРЕГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2014 года по МПК A01D43/73 

Область техники

Настоящее изобретение относится к перегрузочному устройству, содержащему управляемое погрузочно-транспортирующее устройство для передачи груза в целевую область, устройство для создания изображений, предназначенное для создания изображений целевой области, и систему управления для извлечения информации из изображений и управления погрузочно-транспортирующим устройством с учетом информации, извлеченной из изображений.

Уровень техники

В последние годы в области сельского хозяйства предпринимались попытки автоматизировать процессы перегрузки, такие как перегрузка собранного материала из уборочной машины в транспортный контейнер или тележку или грузовой автомобиль. В этих попытках использовалась или предлагалось использовать камеру в качестве вспомогательного средства для управления погрузочно-транспортирующим устройством, таким как разгрузочная труба.

В патентном документе DE 4426059 А1 описана уборочная машина с разгрузочной трубой для выброса убранного материала в транспортный контейнер или тележку. Камера присоединена к нижней стороне разгрузочной трубы на расстоянии от ее разгрузочного конца. Камера создает изображение конца разгрузочной трубы и открытого верха грузового контейнера, и это изображение передается на монитор в кабине водителя. Далее предлагается обрабатывать изображения для обеспечения управления разгрузочной трубой, чтобы удерживать ее нацеленной на открытый верх грузового контейнера и за счет этого автоматически обеспечивать попадание выбрасываемого материала в цель, то есть в открытый верх грузового контейнера. Лазер или прожектор установлен на разгрузочном конце разгрузочной трубы для маркировки точки в грузовом контейнере для указания того, что разгрузочная труба нацелена правильно. Кроме того, для работы в ночное время предлагается использовать прожектор, расположенный рядом с камерой и направленный параллельно ей.

В патентном документе ЕР 1344445 А1 описана уборочная машина с разгрузочной трубой, снабженной кожухом для направления материала, выбрасываемого из разгрузочной трубы. Камера присоединена к кожуху, так что направление ее ориентации всегда будет параллельно направлению выброса материала. Предлагается использовать две камеры и соединять два изображения для расширения поля обзора. В альтернативном варианте может использоваться только одна камера, - та, которая дает лучшее изображение.

В еще не опубликованной заявке, поданной данным заявителем, предлагается использование стереокамеры в помощь управлению разгрузочной трубой уборочной машины.

В патентном документе US 6247538 описан автоматизированный экскаватор, оснащенный стереокамерой, которая содержит две камеры, создающие изображения рабочего участка перед экскаватором.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является улучшение качества перегрузки материала от погрузочно-транспортирующего устройства в целевую область с поддержкой за счет создания изображений,

В первом аспекте изобретения решение задачи обеспечивается за счет того, что устройство для создания изображений представляет собой стереокамеру, содержащую, по меньшей мере, два объектива, причем эти два объектива установлены на общей базовой линии, а базовая линия расположена наклонно относительно горизонтали.

Изобретателями было осознано, что за счет этого могут быть получены несовпадающие, так называемые диспаратные изображения хорошего качества, например, в том случае, когда целевая область представляет собой открытый верх контейнера, ограниченного бортами, причем ближайший к погрузочно-транспортирующему устройству борт имеет верхнюю кромку, проходящую горизонтально и перпендикулярно оптическому направлению камеры. Диспаратные изображения обеспечивают информацию глубины и тем самым улучшают пригодность изображений для целей управления.

Предпочтительно эти два объектива имеют соответствующие оптические оси, проходящие в соответствующих оптических направлениях, причем средняя ось двух оптических осей этих двух объективов образует оптическую ось стереокамеры, а линия, перпендикулярная этой оптической оси стереокамеры в средней точке между двумя объективами, определяет указанную базовую линию стереокамеры, при этом базовая линия стереокамеры в плоскости, перпендикулярной оптической оси стереокамеры, имеет угол наклона к горизонтали, причем этот угол наклона предпочтительно составляет больше 15°.

Предпочтительно оптические оси двух объективов расположены в общей плоскости. Это облегчает обработку изображений системой управления.

Предпочтительно угол наклона составляет больше 30°, предпочтительно больше 45°. Угол наклона большей величины обеспечивает диспаратные изображения хорошего качества, например, в том случае, когда целевая область ограничена верхней кромкой, проходящей в направлении, отличном от горизонтального, и перпендикулярно оптическому направлению камеры.

Предпочтительно базовая линия расположена в вертикальной плоскости. Это обеспечивает симметрию при изменении перспективы, когда камера попеременно видит, например, ограничивающую целевую область верхнюю кромку наклонно с одной и другой стороны. Симметрия способствует обработке изображений и облегчает программирование.

Во втором аспекте изобретения перегрузочное устройство содержит прожектор заливающего света для освещения целевой области, причем этот прожектор заливающего света имеет угол поля, равный, по меньшей мере, 10°, предпочтительно, по меньшей мере, 20°, и расположен на расстоянии, равном, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м, от устройства для создания изображений. Прожектор заливающего света, освещающий целевую область, предусмотрен для работы в ночное время. Однако изобретателями было осознано, что должны быть приняты меры, чтобы не освещать область непосредственно перед камерой, поскольку отражение света от взвешенных в воздухе пыли и мусора может создавать возмущения изображений. Эта проблема решается в соответствии со вторым аспектом изобретения.

Предпочтительно предусмотрен второй прожектор заливающего света для освещения целевой области, причем этот второй прожектор заливающего света имеет угол поля, равный, по меньшей мере, 10°, предпочтительно, по меньшей мере, 20°, и расположен на расстоянии, равном, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м, от устройства для создания изображений. При освещении области рядом с целевой областью цель становится лучше распознаваемой системой управления. Размещение второго прожектора заливающего света на расстоянии от камеры позволяет избежать того, чтобы этот второй прожектор освещал область непосредственно перед устройством для создания изображений.

Предпочтительно расстояние между световыми пучками прожектора или прожекторов заливающего света в пределах его или их угла или углов поля и устройством для создания изображений составляет, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м. Это позволяет дополнительно избежать освещения области непосредственно перед устройством для создания изображений.

Предпочтительно любой прожектор заливающего света, направляющий свет на цель и ее ближайшее окружение, расположен на расстоянии, равном, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м, от устройства для создания изображений.

В предпочтительном примере осуществления первый прожектор заливающего света расположен на более высоком уровне, чем устройство для создания изображений, а второй прожектор заливающего света расположен на более низком уровне, чем устройство для создания изображений. При этом первый прожектор заливающего света может освещать открытый верх контейнера, в то время как второй прожектор заливающего света освещает боковую сторону контейнера напротив устройства для создания изображений, таким образом обеспечивая хорошее качество изображений целевой области и части ее окружения.

Предпочтительно в том случае, если погрузочно-транспортирующее устройство выполнено удлиненным и имеет наружный конец, из которого оно может передавать грузы в целевую область, первый прожектор заливающего света и второй прожектор заливающего света при его наличии прикреплен к погрузочно-транспортирующему устройству. Это обеспечивает освещение, которое следует за движениями погрузочно-транспортирующего устройства, так что место перегрузки грузов остается освещенным и обеспечивается идентификация целевой области, на которую нацелено погрузочно-транспортирующее устройство.

Предпочтительно устройство для создания изображений представляет собой камеру, предпочтительно стереокамеру.

Согласно изображению в широком аспекте погрузочно-транспортирующее устройство выполнено удлиненным и имеет наружный конец, из которого оно может передавать грузы в целевую область.

В широком аспекте погрузочно-транспортирующее устройство предпочтительно выбрано из группы, содержащей: разгрузочную трубу, конвейер непрерывного действия, ковш экскаватора, ковш погрузчика, вилочный погрузчик, захватное устройство и грейфер. Изобретателями было осознано, что принципы изобретения применимы в других областях сельского хозяйства, а не только для разгрузочных труб уборочных машин. Они применимы, например, в конвейерах для транспортирования картофеля, свеклы, в тракторах с передним погрузочным оборудованием и других погрузочных машинах. Более того, изобретателями было осознано, что принципы изобретения применимы даже в областях техники далеких от сельского хозяйства, - например, в строительных машинах и экскаваторах.

Предпочтительно погрузочно-транспортирующее устройство установлено на транспортном средстве, предпочтительно на сельскохозяйственном транспортном средстве.

Предпочтительно устройство для создания изображений прикреплено к погрузочно-транспортирующему устройству. При этом устройство для создания изображений автоматически следует за погрузочно-транспортирующим устройством для идентификации целевой области и для управления нацеливанием на нее погрузочно-транспортирующего устройства.

Изобретение относится также к транспортному средству, предпочтительно сельскохозяйственному транспортному средству, содержащему перегрузочное устройство по изобретению.

Следует отметить, что стереокамера является камерой или системой камер, содержащей два объектива, которые обеспечивают создание изображений с двух различных точек. Это дает возможность получать диспаратные изображения, то есть изображения, содержащие информацию глубины, которые могут быть обработаны с помощью аппаратуры для обработки изображений, такой как компьютер с соответствующей программой.

Далее следует отметить, что угол поля прожектора заливающего света является углом светового пучка, при котором он достигает, по меньшей мере, 10% интенсивности в центре пучка.

Под прожектором заливающего света имеется в виду прожектор с относительно большим углом поля. Это обеспечивает освещение области в отличие от прожекторов точечного освещения, которые имеют узкие углы поля для освещения небольшого пятна.

Краткий перечень фигур чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения.

На чертежах:

фиг.1 изображает машину для уборки кормовых культур и транспортную тележку;

фиг.2 изображает стереокамеру на виде сверху;

фиг.3 изображает вид в разрезе по линии III-III на фиг.2;

фиг.4 изображает вид в разрезе по линии IV-IV на фиг.1.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана на виде спереди машина 1 для уборки кормовых культур, содержащая жатвенный аппарат 3, опорные колеса 5, кабину 7 водителя и разгрузочную трубу 9. В процессе работы жатвенный аппарат 3 собирает культуру, которая обрабатывается в уборочной машине и выбрасывается из разгрузочной трубы 9. Для сбора убранной массы рядом с уборочной машиной 1 следует транспортная тележка 11. В транспортной тележке показаны только опорные колеса 13 и грузовой контейнер, имеющий днище 15, борта 17, 18 и открытый верх 19.

Известным образом разгрузочная труба 9 установлена на уборочной машине с возможностью управляемого поворота вокруг вертикальной оси 21 с помощью исполнительных органов 22. Разгрузочная труба выполнена удлиненной и имеет наружный конец 23, снабженный регулируемым кожухом 25 для направления убранной массы 27, выбрасываемой из разгрузочной трубы 9.

Приведенное выше описание уборочной машины 1, транспортной тележки 11 и их работы соответствует или может соответствовать известным устройствам уровня техники.

В качестве новшества стереокамера 29 установлена на разгрузочной трубе 9 на ее нижней стороне на расстоянии от наружного конца 23. Кроме того, два прожектора заливающего света установлены на разгрузочной трубе 9. При этом первый прожектор 31 заливающего света установлен на наружном конце 23 разгрузочной трубы, а второй прожектор 33 заливающего света установлен вблизи другого, внутреннего конца разгрузочной трубы 9.

Стереокамера 29 показана на фиг.2 для объяснения ее положения. При установке стереокамера содержит две камеры 35а и 35b. Это могут быть, например, камеры на приборе с зарядовой связью (ПЗС-камеры) или видеокамеры с объективами, соответственно, 36а и 36b, имеющими соответствующие оптические оси 37а и 37b. Средняя двух оптических осей образует оптическую ось 39 стереокамеры 29. Две камеры 35а и 35b размещены в общем корпусе 41. В данном примере выполнения две оптические оси 37а и 37b сходятся к непоказанной фокусной точке. Две оптические оси 37а и 37b и центры объективов 36а и 36b образуют оптическую плоскость стереокамеры 29. Линия, перпендикулярная оптической оси 39 и лежащая в оптической плоскости, образует базу или базовую линию 43 стереокамеры 29.

Как показано на фиг.3, базовая линия 23 стереокамеры 29 наклонена по отношению к горизонтали 45 под углом α наклона, который предпочтительно составляет, по меньшей мере, 30°. Таким образом, два объектива 36а и 36b расположены на различных уровнях, объектив 36а расположен на более низком, а объектив 36b - на более высоком уровне.

В примере выполнения по фиг.1 и как это показано на фиг.4, стереокамера 29 установлена под углом α наклона, равным 90°, то есть базовая линия стереокамеры 29 находится в вертикальной плоскости 48. Это обеспечивает симметрию при изменении перспективы, когда разгрузочная труба поворачивается, и стереокамера 29 «видит» верхнюю кромку борта 17 попеременно из одного и другого наклонного положения, и это дает преимущества в отношении обработки изображения. Предпочтительно стереокамера является широкоугольной камерой с большим углом (3 обзора, позволяющим камере «видеть» одновременно открытый верх 19 и ближайший борт 17 грузового контейнера транспортной тележки 11, как это показано на фиг.1.

Таким образом, наличие стереокамеры позволяет получать черно-белые (или даже цветные) изображения, а также несовпадающие (диспаратные) изображения грузового контейнера. Черно-белые изображения могут, например, передаваться на монитор 44 в кабине водителя для того, чтобы известным образом позволять водителю или помогать ему отслеживать процесс перегрузки убранной массы в транспортную тележку. В то же время диспаратные изображения подходят для ввода в автоматическую или полуавтоматическую систему управления.

Уборочная машина содержит систему 46 управления, которая получает изображения от стереокамеры 29 и обрабатывает изображения для определения того, правильно ли разгрузочная труба направляет поток убранной массы 27 в целевую область, то есть открытый верх 19 грузового контейнера. При необходимости система 46 управления выдает сигналы управления для исполнительных органов 22 разгрузочной трубы 9 для регулировки ее положения таким образом, чтобы целевая область правильно располагалась в поле обзора стереокамеры 29 и/или чтобы поток убранной массы 27 попадал в целевую область правильным образом в положении, которое может быть определенным предварительно или может непрерывно обновляться в зависимости от заполнения контейнера.

Поскольку база 43 стереокамеры 29 расположена под углом, в данном примере выполнения под углом, близким к 90°, относительно верхней кромки борта 17, стереокамера 29 может создавать диспаратные изображения с малыми возмущениями от области вблизи верхней кромки.

В общем случае на подвергающиеся возмущениям изображения обеспечивают высокое качество процесса управления.

Два прожектора заливающего света расположены следующим образом.

Первый прожектор 31 заливающего света имеет угол 47 поля и основное направление 49 освещения, а второй прожектор 32 заливающего света имеет угол 51 поля и основное направление 53 освещения. В дальнейшем световые пучки прожекторов 31 и 33 заливающего света с их соответствующими углами поля будут обозначены как «световые пучки» соответственно 47а и 51а.

Первый прожектор 31 заливающего света установлен на наружном конце 23 разгрузочной трубы, а его основное направление 49 освещения направлено на открытый верх 19 грузового контейнера, который является целевым полем для потока убранной массы 27, выбрасываемой из разгрузочной трубы 9. Поскольку стереокамера 29 установлена на расстоянии от наружного конца 23, между первым прожектором 31 заливающего света и стереокамерой 29 обеспечивается расстояние, примерно равное 1 м. Расстояние, то есть кратчайшее расстояние между световым пучком 47а первого прожектора 31 заливающего света и стереокамерой 29 составляет немного меньше 1 м.

Второй прожектор 33 заливающего света расположен на другой стороне от стереокамеры 29 относительно первого прожектора заливающего света и на большем расстоянии от стереокамеры 29. Как это видно на фиг.1, второй прожектор 33 заливающего света установлен в немного сдвинутом назад положении, так что расстояние между его световым пучком 51 а и стереокамерой 29 заметно меньше, чем расстояние между стереокамерой и самим вторым прожектором заливающего света. Однако последнее равно примерно 1 м.

Угол 55 между основным направлением 49 освещения первого прожектора 31 заливающего света и оптической осью стереокамеры 29 и угол 57 между основным направлением 53 освещения второго прожектора 33 заливающего света и оптической осью стереокамеры 29 составляет меньше 25° каждый. Эти относительно малые углы обеспечивают хорошее освещение поля и объектов в поле зрения стереокамеры 29, что обеспечивает получение хороших изображений.

Благодаря расстояниям между стереокамерой с одной стороны и прожекторами заливающего света и их световыми пучками с другой стороны область непосредственно перед стереокамерой не освещается, так что взвешенные в воздухе пыль и частицы убранной массы не освещаются в этой области. Поэтому эта пыль и мусор оказывает очень малое возмущающее воздействие на изображения, получаемые стереокамерой. В этом отношении особенно важны расстояния между стереокамерой и прожекторами заливающего света, поскольку интенсивность света больше вблизи прожекторов заливающего света, чем на расстоянии от них.

Следует понимать, что хотя основные принципы изобретения описаны на примерах осуществления, эти примеры не являются ограничительными для объема защиты, определенного пунктами формулы изобретения.

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству. Перегрузочное устройство содержит управляемое погрузочно-транспортирующее устройство в виде разгрузочной трубы для передачи груза в целевую область, стереокамеру для создания изображений целевой области и систему управления для извлечения информации из изображений и управления погрузочно-транспортирующим устройством с учетом информации, извлеченной из изображений. Стереокамера содержит объективы, образующие базовую линию, расположенную наклонно относительно горизонтали. Использование группы изобретений обеспечивает с учетом информации, извлеченной из изображений, повышение точности перегрузки материала погрузочно-транспортирующего устройства в целевую область транспортной тележки. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Перегрузочное устройство, содержащее управляемое погрузочно-транспортирующее устройство (9) для передачи груза в целевую область (19), устройство (29) для создания изображений, предназначенное для создания изображений целевой области, и систему (46) управления для извлечения информации из изображений и управления погрузочно-транспортирующим устройством (9) с учетом информации, извлеченной из изображений, отличающееся тем, что устройство для создания изображений представляет собой стереокамеру (29), содержащую, по меньшей мере, два объектива (36а, 36b), причем эти два объектива установлены на общей базовой линии (43), расположенной наклонно относительно горизонтали (45).

2. Перегрузочное устройство по п.1, отличающееся тем, что два объектива (36а, 36b) имеют соответствующие оптические оси (37а, 37b), проходящие в соответствующих оптических направлениях, причем средняя ось двух оптических осей этих двух объективов образует оптическую ось (39) стереокамеры, а линия, перпендикулярная этой оптической оси стереокамеры в средней точке между двумя объективами, определяет указанную базовую линию (43) стереокамеры, при этом базовая линия стереокамеры в плоскости, перпендикулярной оптической оси (39) стереокамеры, имеет угол (α) наклона к горизонтали (45), причем этот угол (α) наклона предпочтительно составляет больше 15°.

3. Перегрузочное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оптические оси двух объективов расположены в общей плоскости.

4. Перегрузочное устройство по п.2, отличающееся тем, что угол (α) наклона составляет больше 30°, предпочтительно больше 45°.

5. Перегрузочное устройство по любому из пп.1, 2, 4, отличающееся тем, что базовая линия (43) расположена в вертикальной плоскости.

6. Перегрузочное устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит прожектор (31) заливающего света для освещения целевой области, причем этот прожектор заливающего света имеет угол (47) поля, равный, по меньшей мере, 10°, предпочтительно, по меньшей мере, 20°, и расположен на расстоянии, равном, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м, от устройства (29) для создания изображений, при этом прожектор заливающего света имеет среднее направление (49) освещения, а устройство для создания изображений имеет среднюю оптическую ось (39), и это среднее направление освещения и средняя оптическая ось различаются на угол меньше 70°, предпочтительно меньше 45°.

7. Перегрузочное устройство по п.6, отличающееся тем, что предусмотрен второй прожектор (33) заливающего света для освещения целевой области, причем этот второй прожектор заливающего света имеет угол (51) поля, равный, по меньшей мере, 10°, предпочтительно, по меньшей мере, 20°, и расположен на расстоянии, равном, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м, от устройства для создания изображений, при этом второй прожектор заливающего света имеет второе среднее направление (53) освещения, и это второе среднее направление освещения и средняя оптическая ось устройства (29) для создания изображений различаются на угол меньше 70°, предпочтительно меньше 45°.

8. Перегрузочное устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что расстояние между световыми пучками (47а, 51 а) прожектора или прожекторов (31, 33) заливающего света в пределах его или их угла или углов (47, 51) поля и устройством (29) для создания изображений составляет, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м.

9. Перегрузочное устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что любой прожектор (31, 33) заливающего света, направляющий свет на цель и ее ближайшее окружение, расположен на расстоянии, равном, по меньшей мере, 0,5 м, предпочтительно, по меньшей мере, 0,75 м и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 1 м, от устройства (29) для создания изображений.

10. Перегрузочное устройство по п.7, отличающееся тем, что первый прожектор (31) заливающего света расположен на более высоком уровне, чем устройство (29) для создания изображений, а второй прожектор (33) заливающего света расположен на более низком уровне, чем устройство (29) для создания изображений.

11. Перегрузочное устройство по п.7, отличающееся тем, что погрузочно-транспортирующее устройство (9) выполнено удлиненным и имеет наружный конец (23), из которого оно может передавать грузы в целевую область, причем первый прожектор (31) заливающего света и второй прожектор (33) заливающего света при его наличии прикреплен к погрузочно-транспортирующему устройству (9).

12. Перегрузочное устройство по любому из пп.1, 2, 4, отличающееся тем, что погрузочно-транспортирующее устройство (9) выполнено удлиненным и имеет наружный конец (23), из которого оно может передавать грузы в целевую область.

13. Перегрузочное устройство по п. 6 или 11, отличающееся тем, что погрузочно-транспортирующее устройство выбрано из группы, содержащей разгрузочную трубу (9), конвейер непрерывного действия, ковш экскаватора, ковш погрузчика, вилочный погрузчик, захватное устройство и грейфер.

14. Перегрузочное устройство по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 10, 11, отличающееся тем, что погрузочно-транспортирующее устройство установлено на транспортном средстве, предпочтительно на сельскохозяйственном транспортном средстве (1).

15. Перегрузочное устройство по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 10, 11, отличающееся тем, что устройство (29) для создания изображений прикреплено к погрузочно-транспортирующему устройству (9).

16. Сельскохозяйственное транспортное средство, в особенности машина (1) для уборки кормовых культур, содержащее перегрузочное устройство по любому из пп.1-15.