Bestandesorientierte automatische Nachführung landwirtschaftlicher Arbeitsmaschinen in Reihenkulturen mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung = Stand oriented automatic guidance for agricultural vehicles in row crops using digital image processing
Zusammenfassung
Ein automatisches Lenksystem zur bestandesorientierten Nachführung von Arbeitsmaschinen in Reihenkulturen, bestehend aus einem Bildverarbeitungssystem als Sensor, einem fahrzeugspezifischen digitalen Regler und einem Proportionalventil als Aktor wurde auf einem Fendt Xylon 524 Versuchsträger installiert. Die Entwicklung des Systems umfasste mehrere Stufen, vom ursprünglich installierten Claas Autopiloten bis hin zum Endzustand mit Bildverarbeitungssystem, zwei-schleifigem digitalen Regler auf getrennten Rechnern und einem Load-Sensing kompatiblen Danfoss PVG32 Proportionalventil. Als Bildverarbeitungshardware kam ein IC-PCI Frame Grabber mit einem AM-CLR RGB-Acquisition Modul der Firma ITI in einem AMD K6/II-300 Hostrechner zum Einsatz. Auf dieser konnte mittels Farbdifferenzbildung und Binarisierung ein geeignetes Eingangssignal mit hoher Informationsdichte für die Leitlinienberechnung erzeugt werden. Der Reihenverfolgungsalgorithmus berechnet mehrere Leitlinien und validiert das Ergebnis nach optischer Entzerrung hinsichtlich Parallelität und Plausibilität. Aus den gültigen Leitlinien generiert er die Korrekturfaktoren Heading und Offset. Der Reihenverfolgungsalgorithmus erwies sich als stabil und tolerant gegenüber Fehlstellen und Unkräutern im Bestand. Die Eigenschaften des Lenkhydrauliksystems des Versuchsträgers wurde experimentell untersucht und seine Übertragungsfunktion berechnet. Ein passender PID-Regler wurde erstellt und auf dem Regelungsrechner implementiert. Dieser berechnet mittels der Korrekturwerte vom Bildverarbeitungsrechner und dem digitalen PID-Regler den einzustellenden Lenkwinkel. Über eine AD/DA-Wandlerkarte wird die zugehörige Korrekturspannung an das Proportionalventil im Lenkkreis an-gelegt. Die theoretisch erzielte stabile Regelcharakteristik und die hohe Regelgüte wurden sowohl experimentell als auch im Feldversuch bestätigt. Die Praxistauglichkeit wurde belegt, die Arbeitsqualität des Lenkungssystems war, bei höherer Fahrgeschwindigkeit, vergleichbar mit der manuell gelenkten Variante. Die verwendeten Analysewerkzeuge für den Ergebnisteil wurden programmiert, alle relevanten Daten während des Betriebs aufgezeichnet. Die Kriterien für die Bewertung des Gesamtsystems sind qualitativer Art. Der fehlerfreie Ablauf des Programms war gewährleistet, korrekte Zwischenergebnisse lagen vor, Programmabstürze oder andere gravierende Vorkommnisse blieben aus. Die Genauigkeit der automatischen Lenkeinrichtung genügte den Anforderungen einer mechanischen Unkrautregulierung. Das vorgestellte automatische Lenksystem mit bildanalytischer Sensorik stellt, wie im Literaturteil aufgezeigt, einen Beitrag zum Gesamtkomplex "automatische Lenkungssysteme in der agrartechnischen Forschung" dar.
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