Biogriculture

Der erste von biogriculture ent­wickelte Agrar-Roboter MRV-10 ist für einen Ein­satz im Gemüse- und Strauch­obst­anbau opti­mal ge­eignet.

An­statt den MRV-10 auf­wendig für eine Selek­tion über spezi­fi­sche Merk­male der Nutzp­flanzen zu trai­nieren, er­mög­licht das vor­ge­stellte Ver­fahren ohne spezi­fi­sche Infor­ma­tionen über die je­wei­ligen Nutz­pflanzen, diese sicher vom Un­kraut zu unter­scheiden. Bei unserem ersten Proto­typen er­folgt die Er­kennung der Nutz­pflanzen­zonen mit Hilfe von für die metall­ver­arbei­tende Indus­trie ent­wickelten Induktions­detek­toren. Diese sind zer­tifi­ziert für den Ein­satz in Nass­räumen und viel­fach praxis­er­probt. Ein inte­grier­tes GPS dient zur Defi­ni­tion des Ar­beits­be­reichs, Ko­ordina­tion des Schwarms und zum auto­nomen Track­ing der Be­wegung entlang der Pflanz­reihen.

Der MRV-10 er­kennt zu­nächst alle Pflanzen mit Hilfe eines op­tischen RADAR (LIDAR) und selek­tiert hier­von das Unk­raut mit Hilfe der Induk­tions­detek­toren, um es dann mit dem am Arm ange­brach­ten Stempel in den Boden zu drücken und ab­zu­trennen. Das Un­kraut wird zum Mulchen zurück­ge­lassen. Das Fahr­werk des ameri­ka­ni­schen Zu­lieferers für Ro­bo­tik Pololu hat ein Ge­wicht von nur 3 kg. Die ge­ringe Breite und Länge ist bestens zur Navi­ga­tion zwischen den Pflanz­reihen ge­eignet.

Patent: Schematische Darstellung

Die Mar­kierung der Nutz­pflanzen­zonen er­folgt je­weils mit Hilfe eines ein­fachen metal­lischen Induk­tions­trägers (1 - in der Ab­bildung eine offene, elas­tische Draht­schleife mit Öse), der in Boden­höhe die Nutz­pflanze umfasst. Der In­duk­tions­träger wird mittels eines kiel­för­mi­gen senk­rechten Be­festi­gungs­trägers (2) ver­ankert. Bei Setz­lingen (4) wird der Wurzel­ballen (5) in einen Konus (6) aus Erde, die beim Pflügen der Setz­furche ge­wonnen wird, zur Fix­ierung des In­duk­tions­trägers ein­ge­bettet. Zur Wieder­ge­winnung der Mark­ierungen sind diese mit Hilfe der Ösen über das Träger­band (3) mit­ei­nander ver­bunden. Bei Setz­maschinen werden die Setz­linge (4) mit dem Wurzel­ballen di­rekt durch den offenen Träger­ring (1) ge­steckt und von der Setz­maschine in die Setz­furche so ge­setzt, dass der Über­gang vom Wurzel­ballen zum Stängel des je­weiligen Setz­lings auf Höhe des um­lie­gen­den Bodens ist. An­schließend wird die Setz­furche wieder ver­schlossen. Bei Direkt­saat wird an­statt des Setz­lings das Saat­gut mit dem Erd­konus (6) um­man­telt.

Die Mar­kierungen sind auf­grund der hohen er­forder­lichen Stück­zahl pro Hektar ein we­sent­licher Kosten­faktor. Bei mitt­leren Reihen- und Pflanzen­ab­ständen von 30 cm und er­warte­ten Kosten von einem Cent pro Markier­ung er­geben sich Investi­tions­kosten von 1500 EUR pro Hektar. Durch Ko­opera­tionen über ein Lizenz­modell mit Her­stellern von Setz- und Sä­maschinen kann das Aus­bringen und die Rück­gewinnung der Mar­kier­ungen di­rekt in die je­weiligen Pro­zesse inte­griert werden. Alter­nativ kann auch eine eigene Er­weiterungs­kompo­nente für vor­handene Setz- und Sä­maschinen an­ge­dacht werden. Für kleine Feld­größen, bei Strauch­obst oder im Wein­an­bau lassen sich die Ma­rkier­ungen zudem auch manuell bzw. teil­auto­mati­siert aus­bringen und zurück­g­ewinnen.

Der erste Proto­typ des von biogriculture ent­wickelten Agrar-­Roboters MRV-10 bestätigt die Praxistauglichkeit des zum Patent ange­meldeten Ver­fahrens

Navigation in der Praxis:

  • das Fahr­gestell hat sechs unab­hängig-ange­triebene Räder, die zusätz­lich einzeln auf­ge­hängt sind.

  • damit kann sich der Roboter auch in widrigem Gelände und bei rutschigen Unter­gründen problem­los bewegen.

    • Erkennung der Nutz­pflanzen­zonen mittels Induk­tion:

  • der Abtast­vorgang erfolgt durch die Drehung des Roboter­arms in der Hori­zontalen.

  • der Roboterarm ist mit zwei ToF-LIDAR ausge­stattet. Der erste ToF-LIDAR überwacht konti­nuier­lich den Abstand zum Boden und gleicht Boden­uneben­heiten aus. Der zweite ToF-LIDAR dient zur Erkennung von Objekten in der Such­zone von 0-10 cm und bestimmt die Ent­fernung eines Objekts zum Roboter.

  • wird ein Objekt detektiert, schwenkt der Arm hin und her, um die Breite des Objekts zu ermitteln und größere Hinder­nisse wie Steine von Pflanzen zu unter­scheiden.

  • wenn eine Pflanze (für den Labortest reicht auch ein Schlauch als schmales vertikales Hindernis zur Emulation einer Pflanze) detektiert worden ist, posi­tioniert sich der Roboterarm so, dass die Hall-Sensoren (blau) die Umgebung der Pflanze nach einer Markierung der Nutz­pflanzen­zone ab­tasten können. Wird eine Markier­ung erkannt (zur besseren Visuali­sierung im Video leuchtet eine rote LED am Hall-Sensor auf), kehrt der Roboter in den Suchmodus zurück.

    • Unkrautbekämpfung:

  • wird keine Markierung der Nutzpflanzenzone erkannt, positioniert der Roboter die Fräse über dem Unkraut.

  • nachdem die Fräse am Boden verankert wurde, startet der Roboter den Fräsvorgang, entfernt das Unkraut und kehrt anschließend in den Suchmodus zurück.